JP6825395B2

JP6825395B2 - 車両の充電制御装置

Info

Publication number: JP6825395B2
Application number: JP2017017637A
Authority: JP
Inventors: 橋本　俊哉; 俊哉橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018126003A

Description

本開示は、車載の蓄電装置を車外の電源により充電する外部充電の制御に関する。

特開２０１２−２５２１１号公報（特許文献１）には、車両外部の給電設備からの電力を充電ケーブルを介して車両に供給する接触方式で外部充電を行なう充電システムが開示されている。この充電システムにおいては、給電設備と車両とが充電ケーブルによって接続されると、給電設備の種類（送電可能電力の低い通常充電設備であるのか、送電可能電力の高い急速充電設備であるのか）を判別し、その判別結果に応じて外部充電時間（外部充電に要する時間）を推定している。

特開２０１２−２５２１１号公報特開２０１３−１５４８１５号公報特開２０１３−１４６１５４号公報特開２０１３−１４６１４８号公報特開２０１３−１１０８２２号公報特開２０１３−１２６３２７号公報

しかしながら、給電設備からの電力を非接触で車両に供給する非接触方式で外部充電を行なう場合には、給電設備の送電部と車両の受電部との位置関係によって受電効率が大きく変化するため、たとえ給電設備の種類が同じであっても外部充電電力は大きく変化し得る。したがって、接触方式と同様の手法で外部充電時間を推定すると、推定された外部充電時間と実際の外部充電時間との差が大きくなってしまう可能性がある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、非接触外部充電に要する時間を精度よく推定することである。

本開示による充電制御装置は、蓄電装置と、蓄電装置を充電するための電力を車両外部の給電設備の送電部から非接触で受電可能な受電部とを備える車両の充電制御装置である。この充電制御装置は、給電設備と通信可能に構成された通信装置と、給電設備の送電部から非接触で受電部が受電した電力で蓄電装置を充電する非接触外部充電の実行を制御する制御装置とを備える。制御装置は、非接触外部充電の実行可能条件が成立した場合に、給電設備に対して受電部への送電要求を送信し、送電要求の送信後に給電設備の送電部から受電部が実際に受けた電力を測定し、測定された電力を用いて非接触外部充電に要する時間を算出する。

上記構成によれば、非接触外部充電の実行可能条件（たとえば非接触外部充電を開始可能な範囲内に車両が駐車しているという条件など）が成立した後に、給電設備の送電部から受電部が実際に受けた電力（すなわち受電効率に大きく影響する送電部と受電部との実際の位置関係によって決まる受電電力）が測定され、測定された結果を用いて外部充電時間が算出される。そのため、非接触外部充電に要する時間を精度よく推定することができる。

車両充電システムの一例を示した図である。車両の構成の一例を概略的に示したブロック図である。ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜全体構成＞
図１は、本実施の形態による充電制御装置が適用される車両充電システム１の一例を示した図である。車両充電システム１は、車両１０と、給電設備２０とを備える。

車両１０は、車載の蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行可能な車両（ハイブリッド自動車、電気自動車など）である。車両１０は、車載の蓄電装置の外部充電を行なうための電力を車両外部の給電設備２０から非接触で受電可能に構成される。具体的には、車両１０は、給電設備２０の送電コイル（送電部）２１０から磁界を通じて非接触で受電する受電コイル（受電部）１１０を備える。

なお、非接触で送受電する技術としては、電磁誘導を用いた送受電、マイクロ波を用いた送受電、および共鳴法による送受電などが広く知られている。共鳴法による送受電においては、一次側（送電側）コイルおよび二次側（受電側）コイルを電磁場において共鳴させ、電磁場を介して電力が送受電される。共鳴法による送受電を行なう場合、給電設備２０の送電コイル２１０の共振強度を示すＱ値、および車両１０の受電コイル１１０の共振強度を示すＱ値は、それぞれ１００以上であることが好ましい。

車両１０は、時刻スケジュールに従って外部充電を開始するタイマー充電を実行可能に構成される。本実施の形態では、ユーザによって入力された充電開始要求時刻あるいは車両１０の出発予定時刻に基づいてタイマー充電の時刻スケジュールが決定される。タイマー充電については、後ほど詳しく説明する。

給電設備２０は、車両１０に搭載された蓄電装置を充電するための電力を送電コイル２１０から非接触で車両１０へ供給可能に構成される。給電設備２０は、たとえば自宅の駐車場に設けられるものとするが、自宅以外の駐車設備に設けられてもよい。給電設備２０は、車両１０からの要求に従って車両１０へ充電電力を供給する。

図２は、図１に示した車両１０の構成の一例を概略的に示したブロック図である。車両１０は、受電コイル１１０と、充電器１２０と、蓄電装置１３０と、駆動装置１４０と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）１５０と、ＭＩＤ（Multi Information Display）１６０と、ＤＣＭ（Data Communication Module）１８０と、位置検出システム（Fine Position System）１９０と、非接触充電スイッチ１７０とを備える。

受電コイル１１０は、給電設備２０の送電コイル２１０から磁界を通じて非接触で受電する。

充電器１２０は、ＥＣＵ１５０によって制御され、受電コイル１１０によって受電された電力を蓄電装置１３０に充電可能な電力に変換して蓄電装置１３０へ出力する。充電器１２０は、たとえば整流器やインバータ等を含んで構成される。

蓄電装置１３０は、充電器１２０から受ける電力を蓄えるとともに、蓄えられた電力を駆動装置１４０へ供給することができる。蓄電装置１３０は、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等を含んで構成される。蓄電装置１３０は、駆動装置１４０において発電される電力も蓄えることができる。

駆動装置１４０は、駆動輪（図示せず）を駆動して車両１０が走行するための駆動力を発生する。特に図示しないが、駆動装置１４０は、蓄電装置１３０から電力の供給を受けるコンバータやインバータ、インバータにより駆動されて駆動輪を駆動するモータを含む。なお、駆動装置１４０は、蓄電装置１３０を充電するための電力を発生するジェネレータと、そのジェネレータを駆動可能なエンジンとを含んでもよい。

ＭＩＤ１６０は、車両１０における種々の情報を表示するとともにユーザが操作入力可能な表示装置であり、たとえば、タッチ入力可能な液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等を含んで構成される。この車両１０では、時刻スケジュールに従って外部充電が開始されるタイマー充電を実行可能である。ユーザは、ＭＩＤ１６０を操作することによって、タイマー充電の設定を行なうことができる。この実施の形態では、ユーザは、タイマー充電の設定を行なう際、ＭＩＤ１６０に対して、外部充電の開始要求時刻および車両１０の出発予定時刻を入力することが可能である。

ＤＣＭ１８０は、ＥＣＵ１５０からの制御信号に従って、給電設備２０などの車両外部の機器と無線通信を行なう通信装置である。

位置検出システム（位置検出装置）１９０は、給電設備２０の送電コイル２１０と車両１０の受電コイル１１０との位置関係（送電コイル２１０からの電力を最も効率よく受電可能な基準位置からの受電コイル１１０の前後、左右、上下の位置ずれ量など）を、給電設備２０に対する車両１０の相対的な駐車位置として検出する。位置検出システム１９０による駐車位置の具体的な検出手法については、たとえばカメラによる撮影画像を解析する手法など、公知の検出手法を採用することができる。なお、撮影画像を解析する場合の画像情報は、車両１０に搭載されたカメラから取得するようにしてもよいし、給電設備２０に搭載されたカメラによる撮影画像情報を給電設備２０側から取得するようにしてもよい。位置検出システム１９０は、検出結果をＥＣＵ１５０に出力する。

非接触充電スイッチ１７０は、ユーザが非接触外部充電を要求する場合にオン状態に操作されるスイッチである。

ＥＣＵ１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、車両１０における各種制御を行なう。

＜タイマー充電＞
ＥＣＵ１５０は、ユーザがＭＩＤ１６０を操作することによってタイマー充電が要求されると、タイマー充電の時刻スケジュール（以下「充電スケジュール」ともいう）を決定し、決定された充電スケジュールに従って外部充電を実行する「タイマー充電」を行なう。

たとえば、ＥＣＵ１５０は、ユーザがタイマー充電の設定を行なうと、蓄電装置１３０のＳＯＣ（State Of Charge）と外部充電電力の推定値とを用いて、外部充電時間を算出する。なお、外部充電電力とは、外部充電によって蓄電装置１３０に入力される電力（単位：ワット）である。外部充電時間とは、外部充電によって蓄電装置１３０のＳＯＣを目標ＳＯＣにするのに要する時間である。

そして、ユーザがタイマー充電の設定を行なう際に充電開始要求時刻を入力した場合には、ＥＣＵ１５０は、入力された充電開始要求時刻を充電開始目標時刻に設定するとともに、充電開始目標時刻から外部充電時間だけ後の時刻を充電完了目標時刻に設定する。また、ユーザがタイマー充電の設定を行なう際に車両１０の出発予定時刻が入力された場合には、入力された出発予定時刻よりも少し前の時刻を充電完了目標時刻に設定するとともに、充電完了目標時刻よりも外部充電時間だけ前の時刻を充電開始目標時刻に設定する。

ＥＣＵ１５０は、充電開始目標時刻に外部充電が開始され、かつ充電完了目標時刻に外部充電が完了するように、充電器１２０を制御する。

＜外部充電時間の算出（推定）＞
上述のタイマー充電において、目標通りに（出発予定時刻よりも少し前に）外部充電を完了させるためには、外部充電時間の算出に用いられる外部充電電力（外部充電可能電力）を精度よく推定することが望まれる。

仮に、車両外部の給電設備からの電力を充電ケーブルを介して車両に供給する接触方式で外部充電を行なう場合には、給電設備の種類（送電可能電力の低い通常充電設備であるのか、送電可能電力の高い急速充電設備であるのか）および充電ケーブルの電圧値および許容電流値の情報を用いて、外部充電電力を推定することが可能である。

しかしながら、本実施の形態のように、給電設備２０からの電力を非接触で車両１０に供給する非接触方式での外部充電を行なう場合には、車両１０と給電設備２０とを物理的に接続する充電ケーブルは存在しない。さらに、非接触方式においては、給電設備２０の送電コイル２１０と車両１０の受電コイル１１０との位置関係によって送電コイル２１０と受電コイル１１０との相互インダクタンスが変化して受電効率が大きく変化するため、たとえ給電設備２０の種類が同じであっても送電コイル２１０と受電コイル１１０との位置関係によって外部充電電力は大きく変化し得る。したがって、非接触方式での外部充電時間を接触方式と同様の手法で推定すると、推定された外部充電時間と実際の外部充電時間との差が大きくなってしまう可能性がある。

上記の点に鑑み、本実施の形態によるＥＣＵ１５０は、タイマー充電が設定されている場合、非接触外部充電の実行可能条件（後述）が成立した後に、給電設備２０に対してプレ送電要求を送信し、プレ送電要求の送信後に給電設備２０の送電コイル２１０から受電コイル１１０が実際に受けた電力を測定し、測定された電力を用いて外部充電時間を算出する。

なお、上述のプレ送電要求は、受電電力を測定するために、給電設備２０に対して試験的な送電を要求するものである。そのため、プレ送電要求が送信されるタイミングは、タイマー充電による外部充電が開始される前（タイマー充電による充電開始目標時刻に達する前）である。また、プレ送電要求による送電電力値は、タイマー充電を実際に行なう際の送電電力値と同じ値であってもよいし、タイマー充電を実際に行なう際の送電電力値よりも小さい値であってもよい。

図３は、ＥＣＵ１５０が上述のプレ送電要求を送信して外部充電時間を算出する際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。

ステップ(以下、ステップを「Ｓ」と略す)１０にて、ＥＣＵ１５０は、ユーザによってタイマー充電の設定がなされているか否かを判定する。タイマー充電の設定がなされていない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ１５０は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。

タイマー充電の設定がなされている場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１５０は、非接触外部充電の実行可能条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１２）。たとえば、ＥＣＵ１５０は、下記の４つの条件１〜条件４がすべて成立している場合に非接触外部充電の実行可能条件が成立していると判定する。

（条件１）ＤＣＭ１８０による給電設備２０との無線通信が確立している。
（条件２）位置検出システム１９０から取得される車両１０の駐車位置が、非接触外部充電を開始可能な所定範囲内である。

（条件３）車両１０と給電設備２０とのペアリング（車両１０と給電設備２０を一意的に特定する処理）が完了している。

（条件４）非接触充電スイッチ１７０がオン状態である。
なお、上記の条件１〜条件４は、あくまで例示であって、非接触外部充電の実行可能条件は上記の条件１〜条件４に限定されるものではない。たとえば、非接触外部充電の実行可能条件から上記の条件４を除いてもよい。

非接触外部充電の実行可能条件が成立している場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１５０は、非接触外部充電による外部充電可能電力が既に算出されてメモリに記憶されているか否かを判定する（Ｓ１４）。

外部充電可能電力が未だ算出されていない場合（Ｓ１４にてＮＯ）、ＥＣＵ１５０は、給電設備２０に対して上述のプレ送電要求を送信する（Ｓ１６）。給電設備２０は、車両１０からのプレ送電要求を受信したことに応じて送電コイル２１０からの送電を行なう。なお、この際の送電電力値は、上述したように、タイマー充電を実際に行なう際の送電電力値と同じ値であってもよいし、タイマー充電を実際に行なう際の送電電力値よりも小さい値であってもよい。

次いで、ＥＣＵ１５０は、プレ送電要求の送信後に給電設備２０の送電コイル２１０から受電コイル１１０が実際に受けた電力を測定する（Ｓ１８）。そして、ＥＣＵ１５０は、Ｓ１８において測定された受電電力を用いて、非接触外部充電による外部充電可能電力を算出する（Ｓ２０）。なお、プレ送電要求に応じて実際のタイマー充電と同じ外部充電が行なわれる場合には、Ｓ１８において測定された受電電力をそのまま外部充電可能電力としてもよい。Ｓ２０において算出された外部充電可能電力は、ＥＣＵ１５０のメモリに記憶される。

次いで、ＥＣＵ１５０は、Ｓ２０における算出結果（外部充電可能電力）を用いて、非接触による外部充電時間を算出する（Ｓ２２）。具体的には、ＥＣＵ１５０は、Ｓ２０において算出された外部充電可能電力と、蓄電装置１３０のＳＯＣとを用いて、外部充電時間を算出する。なお、ＳＯＣは、一般的に、満充電容量に対する実蓄電量の比で表される。ＳＯＣの算出方法としては、蓄電装置１３０の電圧とＳＯＣとの関係を用いて算出する方法や、蓄電装置の電流積算値を用いて算出する方法等、種々の公知の手法を用いることができる。

次いで、ＥＣＵ１５０は、Ｓ２２において算出された外部充電時間を用いて、充電スケジュール（充電開始目標時刻、充電完了目標時刻など）を決定する（Ｓ２４）。その後、ＥＣＵ１５０は、Ｓ２４において設定された充電スケジュールに従ってタイマー充電を実行する（Ｓ２６）。

一方、非接触外部充電の実行可能条件が成立していない場合（Ｓ１２にてＮＯ）、ＥＣＵ１５０は、車両１０の移動があったか否かを判定する（Ｓ３０）。車両１０の移動がない場合（Ｓ３０にてＮＯ）、ＥＣＵ１５０は処理をリターンへと移行する。

車両１０の移動があった場合（Ｓ３０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１５０は、非接触外部充電による外部充電可能電力が既に算出されてメモリに記憶されているか否かを判定する（Ｓ３２）。外部充電可能電力が未だ算出されていない場合（Ｓ３２にてＮＯ）、ＥＣＵ１５０は処理をリターンへと移行する。

外部充電可能電力が既に算出されている場合（Ｓ３２にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１５０は、メモリに既に記憶されている外部充電可能電力をメモリから消去する（Ｓ３４）。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１５０は、非接触外部充電の実行可能条件が成立した後に、給電設備２０に対してプレ送電要求を送信し、プレ送電要求の送信後に給電設備２０から受電コイル１１０が実際に受けた受電電力（すなわち受電効率に大きく影響する送電コイル２１０と受電コイル１１０との実際の位置関係によって決まる受電電力）を測定し、測定された受電電力を用いて外部充電時間を算出する。これにより、送電コイル２１０と受電コイル１１０との実際の位置関係に基づいて外部充電時間を精度よく推定することができる。

そして、ＥＣＵ１５０は、精度よく推定された外部充電時間を用いて充電スケジュールを決定し、決定された充電スケジュールに従ってタイマー充電を実行する。そのため、タイマー充電において、充電完了目標時刻に外部充電を適切に完了させることができる。

なお、上述の実施の形態においては、タイマー充電が設定されている際に外部充電時間を算出する場合について例示したが、本開示による外部充電時間の算出手法はタイマー充電が設定されている際に用いることに限定されない。たとえば、ユーザが手動で外部充電を行なう前に、本開示による算出手法を用いて外部充電時間を算出し、算出された外部充電時間をＭＩＤ１６０に表示してユーザに報知するようにしてもよい。

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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許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。

１車両充電システム、１０車両、２０給電設備、１１０受電コイル、１２０充電器、１３０蓄電装置、１４０駆動装置、１５０ＥＣＵ、１７０非接触充電スイッチ、１９０位置検出システム、２１０送電コイル。

Claims

蓄電装置と、前記蓄電装置を充電するための電力を車両外部の給電設備の送電部から非接触で受電可能な受電部とを備える車両の充電制御装置であって、
前記給電設備と通信可能に構成された通信装置と、
前記給電設備の送電部から非接触で前記受電部が受電した電力で前記蓄電装置を充電する非接触外部充電の実行を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、充電スケジュールに従って前記非接触外部充電を実行するタイマー充電を行う際、前記非接触外部充電の実行可能条件が成立した場合に、受電電力を測定するために、前記給電設備に対して試験的な送電を要求するプレ送電要求を送信し、前記プレ送電要求の送信後に前記給電設備の送電部から前記受電部が実際に受けた電力を測定し、測定された前記電力を用いて前記非接触外部充電に要する時間である外部充電時間を算出するとともに、算出された前記外部充電時間を用いて前記充電スケジュールを決定し、決定した前記充電スケジュールに従って前記タイマー充電を実行する、車両の充電制御装置。