特許 6046548 充電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046548

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】充電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20161206BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 B

   H02J7/00 B

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-92717(P2013-92717)

(22)【出願日】2013年4月25日

(65)【公開番号】特開2014-217173(P2014-217173A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2015年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】特許業務法人 共立

(72)【発明者】

【氏名】守田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】山本 健児

(72)【発明者】

【氏名】河村 秀樹

【審査官】 小池 堂夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−０７６１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４３１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６７４２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４−７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源からバッテリに電力を供給して前記バッテリを充電する充電回路（１０、２００）と、
前記充電回路に接続され、前記バッテリの容量が第１基準容量になるまで、前記バッテリへの供給電力が第１供給電力となるように前記充電回路を制御する第１充電モードを実施し、前記バッテリの容量が前記第１基準容量より大きくなると、前記バッテリへの供給電力が前記第１供給電力より小さい第２供給電力となるように前記充電回路を制御する第２充電モードを実施する制御回路（１１、２１）と、
を備えた充電装置において、
前記制御回路は、前記バッテリから電力が消費された場合、又は、前記バッテリから電力が消費される予定がある場合、前記バッテリからの電力消費が終了するまで前記第２充電モードを実施しないことを特徴とする充電装置。

【請求項2】

前記制御回路は、前記バッテリから基準消費電力以上の電力が消費された場合、又は、前記バッテリから前記基準消費電力以上の電力が消費される予定がある場合、前記バッテリからの電力消費が終了するまで前記第２充電モードを実施しないことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記バッテリの容量が前記第１基準容量になった後は、前記第１基準容量より小さい第２基準容量になるまで前記第１充電モードを実施しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の充電装置。

【請求項4】

前記制御回路（２１）は、前記充電回路（２００）の温度が基準温度以上になったとき、前記第１供給電力及び前記第２供給電力の値を下げることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電装置。

【請求項5】

前記制御回路に接続され、前記電源から前記バッテリに電力を供給するサブ充電回路（２０１）を有し、
前記制御回路は、前記充電回路の温度が基準温度以上になったとき、前記サブ充電回路による前記バッテリへの供給電力を上げるように前記サブ充電回路を制御することを特徴とする請求項４に記載の充電装置。

【請求項6】

前記制御回路は、前記充電回路による前記バッテリへの供給電力と前記サブ充電回路による前記バッテリへの供給電力の和が所定範囲内となるように、前記充電回路及び前記サブ充電回路を制御することを特徴とする請求項５に記載の充電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定の供給電力で充電する第１充電モードと、第１充電モードより小さい供給電力で充電する第２充電モードとを実施する充電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、所定の供給電力で充電する第１充電モードと、第１充電モードより小さい供給電力で充電する第２充電モードを実施する充電装置として、例えば特許文献１に開示されている充電装置がある。

【0003】

この充電装置は、バッテリの電圧が所定電圧になるまで、定電流でバッテリを充電する定電流充電モードを実施する。その後、バッテリの電圧が所定電圧より大きくなると、定電流充電モードよりも小さい定電流でバッテリを充電する多段定電流充電モードを実施する。ここで、定電流充電モードよりも小さい定電流でバッテリを充電するのは、バッテリの内部抵抗による影響を抑え、より満充電に近い状態まで充電するためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３７６７４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、前述したように、多段定電流充電モードは、バッテリの内部抵抗による影響を抑え、より満充電に近い状態まで充電するために、定電流充電モードよりも小さい定電流でバッテリを充電する充電モードである。そのため、定電流モードに比べ充電効率が悪い。

【0006】

バッテリに接続された負荷が動作を開始し、バッテリから電力が消費されると、バッテリの電圧が低下する。バッテリの電圧が所定電圧より小さくなると、充電装置は定電流充電モードを実施する。その後、バッテリの電圧が所定電圧より大きくなると、充電装置は多段定電流充電モードを実施する。しかし、バッテリから消費される電力が多段定電流充電モードによって供給される電力より大きいと、バッテリの電圧が低下し所定電圧より小さくなる。その結果、定電流充電モードと多段定電流充電モードが、所定電圧を挟んで頻繁に繰り返し実施されることになる。つまり、充電効率の悪い多段定電流充電モードが頻繁に繰り返し実施されることになる。そのため、充電装置の充電効率を向上させることが困難であった。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、充電効率の悪い充電モードの実施回数を抑え、充電効率を向上させることができる充電装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するためになされた本発明は、電源からバッテリに電力を供給してバッテリを充電する充電回路と、充電回路に接続され、バッテリの容量が第１基準容量になるまで、バッテリへの供給電力が第１供給電力となるように充電回路を制御する第１充電モードを実施し、バッテリの容量が第１基準容量より大きくなると、バッテリへの供給電力が第１供給電力より小さい第２供給電力となるように充電回路を制御する第２充電モードを実施する制御回路と、を備えた充電装置において、制御回路は、バッテリから電力が消費された場合、又は、バッテリから電力が消費される予定がある場合、バッテリからの電力消費が終了するまで第２充電モードを実施しないことを特徴とする。

【0009】

バッテリから電力が消費された場合、バッテリの容量が低下し、第１充電モードと第２充電モードが、第１基準容量を挟んで頻繁に繰り返し実施されることになる。また、バッテリから電力が消費される予定がある場合も、バッテリから電力が消費されるとバッテリの容量が低下し、第１充電モードと第２充電モードが、第１基準容量を挟んで頻繁に繰り返し実施されることになる。しかし、この構成によれば、制御回路は、バッテリから電力が消費された場合、又は、バッテリから電力が消費される予定がある場合、バッテリからの電力消費が終了するまで第２充電モードを実施しない。そのため、第１充電モードに比べ充電効率の悪い第２充電モードが頻繁に繰り返されることはない。従って、充電効率の悪い第２充電モードの実施回数を抑え、充電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態における充電装置の回路図である。

【図2】図１の充電装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図3】図１の充電装置において、バッテリから電力が消費された場合のバッテリへの供給電力及びバッテリの容量の波形図である。

【図4】図１の充電装置において、バッテリから電力が消費される予定がある場合のバッテリへの供給電力及びバッテリの容量の波形図である。

【図5】第２実施形態における充電装置の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る充電装置を、電気自動車やハイブリッド車に搭載されたバッテリを充電する充電装置に適用した例を示す。

【0012】

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の充電装置の構成について説明する。

【0013】

図１に示す充電装置１は、電源ＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給してバッテリＢ１を充電する装置である。ここで、電源ＰＳ１は、車両外部に設けられた商用交流電源や直流電源、又は、車両に搭載された太陽光発電装置である。また、バッテリＢ１は、車両に搭載され、車両に搭載された高電圧対応又は低電圧対応のエアコン等の補機Ｓ１に電力を供給するための高電圧又は低電圧の電源である。充電装置１は、充電回路１０と、制御回路１１とを備えている。

【0014】

充電回路１０は、制御回路１１によって制御され、電源ＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給してバッテリＢ１を充電する回路である。充電回路１０は、制御回路１１に接続されている。また、電源ＰＳ１及びバッテリＢ１にそれぞれ接続されている。そして、バッテリＢ１が補機Ｓ１に接続されている。

【0015】

制御回路１１は、外部から入力される充電要求信号、バッテリ情報及び補機情報に基づいて充電回路１０を制御する回路である。制御回路１１は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路１１は、充電要求信号が入力されると、バッテリ情報によって得られるバッテリＢ１の容量が第１基準容量になるまで、バッテリＢ１への供給電力が第１供給電力となるように充電回路１０を制御する第１充電モードを実施する。そして、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より大きくなると、バッテリＢ１への供給電力が第１供給電力より小さい第２供給電力となるように充電回路１０を制御する第２充電モードを実施する。しかし、バッテリ情報によって、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費されたと認識した場合、又は、補機情報によって、補機Ｓ１が動作してバッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費される予定があると認識した場合、バッテリＢ１からの電力消費が終了するまで第２充電モードを実施しない。また、バッテリＢ１の容量が第１基準容量になった後は、第１基準容量より小さい第２基準容量になるまで第１充電モードを実施しない。制御回路１１は、充電回路１０に接続されている。

【0016】

次に、図２に示すフローチャートを参照して第１実施形態の充電装置の動作について説明する。

【0017】

制御回路１１は、図２に示すように、充電要求信号に基づいて充電要求があるか否かを判定する（Ｓ１００）。ステップＳ１００において、充電要求ありと判定した場合、制御回路１１は、バッテリ情報に基づいてバッテリＢ１が満充電状態であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１において、バッテリＢ１が満充電状態でないと判定した場合、制御回路１１は、バッテリ情報及び補機情報に基づいて、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費されたか、又は、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費される予定があるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２において、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費されておらず、かつ、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費される予定もないと判定した場合、制御回路１１は、バッテリ情報に基づいてバッテリＢ１の容量が第１基準容量以下であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。

【0018】

ステップＳ１０３において、バッテリＢ１の容量が第１基準容量以下であると判定した場合、制御回路１１は、バッテリＢ１への供給電力が第１供給電力となるように充電回路１０を制御する第１充電モードを実施する（Ｓ１０４）。そして、スタートに戻る。

【0019】

一方、ステップＳ１０３において、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より大きいと判定した場合、制御回路１１は、バッテリＢ１への供給電力が第１供給電力より小さい第２供給電力となるように充電回路１０を制御する第２充電モードを実施する（Ｓ１０５）。そして、スタートに戻る。

【0020】

一方、ステップＳ１０２において、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費されたか、又は、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費される予定があると判定した場合、制御回路１１は、バッテリ情報に基づいてバッテリＢ１の容量が第１基準容量以下であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６において、バッテリＢ１の容量が第１基準容量以下であると判定した場合、制御回路１１は、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より小さい第２基準容量以下であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。

【0021】

ステップＳ１０７において、バッテリＢ１の容量が第２基準容量以下であると判定した場合、制御回路１１は、第１充電モードを実施する（Ｓ１０８）。そして、スタートに戻る。

【0022】

一方、ステップＳ１０７において、バッテリＢ１の容量が第２基準容量より大きい判定した場合、制御回路１１は、前回実施した充電回路１０の制御動作を継続して実施する（Ｓ１０９）。そして、スタートに戻る。

【0023】

一方、ステップＳ１００において、充電要求なしと判定した場合、ステップＳ１０１において、バッテリＢ１が満充電状態であると判定した場合、又は、ステップＳ１０６において、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より大きいと判定した場合、制御回路１１は、充電回路１０を制御して電源ＰＳ１からバッテリＢ１への充電を停止する（Ｓ１１０）。

【0024】

次に、図３に示す波形図を参照してバッテリから電力が消費された場合の第1実施形態の充電装置の動作について説明する。

【0025】

図３に示すように、時刻ｔ０で充電要求があると、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より小さいことから、第１充電モードが実施される。その後、第１充電モードの実施中の時刻ｔ１で補機Ｓ１が動作を開始し、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費された場合、バッテリＢ１からの電力消費が終了する時刻ｔ８まで第２充電モードは実施されない。この時刻ｔ１〜ｔ８の間、バッテリＢ１の容量に基づいて第１充電モードが実施される。しかし、バッテリＢ１の容量が第１基準容量になった時刻ｔ２、ｔ４、ｔ６後は、第１基準容量より小さい第２基準容量になる時刻ｔ３、ｔ５、ｔ７まで第１充電モードは実施されない。そして、時刻ｔ８以降であって、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より大きくなる時刻ｔ９の直後に第２充電モードが実施される。そして、バッテリＢ１が時刻ｔ１０で満充電状態となる。

【0026】

次に、図４に示す波形図を参照してバッテリから電力が消費される予定がある場合の第１実施形態の充電装置の動作について説明する。

【0027】

図４に示すように、時刻ｔ１１で充電要求があると、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より小さいことから、第１充電モードが実施され、バッテリＢ１の容量は時刻ｔ１２で第１基準容量になる。第１充電モードの実施後である時刻ｔ１３で補機Ｓ１が動作を開始し、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費される予定があるため、バッテリＢ１からの電力消費が終了する時刻ｔ１５まで第２充電モードは実施されない。この時刻ｔ１３〜ｔ１５の間、バッテリＢ１の容量に基づいて第１充電モードが実施される。しかし、バッテリＢ１の容量が第１基準容量になった時刻ｔ１２後は、第１基準容量より小さい第２基準容量になる時刻ｔ１４まで第１充電モードは実施されない。そして、時刻ｔ１５以降であって、バッテリＢ１の容量が第１基準容量より大きくなる時刻ｔ１６の直後に第２充電モードが実施される。そして、バッテリＢ１が時刻ｔ１７で満充電状態となる。

【0028】

次に、第１実施形態の効果について説明する。

【0029】

バッテリＢ１から電力が消費された場合、バッテリＢ１の容量が低下し、第１充電モードと第２充電モードが、第１基準容量を挟んで頻繁に繰り返し実施されることになる。また、バッテリＢ１から電力が消費される予定がある場合も、バッテリＢ１から電力が消費されるとバッテリＢ１の容量が低下し、第１充電モードと第２充電モードが、第１基準容量を挟んで頻繁に繰り返し実施されることになる。しかし、第１実施形態によれば、制御回路１１は、バッテリＢ１から電力が消費された場合、又は、バッテリＢ１から電力が消費される予定がある場合、バッテリＢ１からの電力消費が終了するまで第２充電モードを実施しない。そのため、第１充電モードに比べ充電効率の悪い第２充電モードが頻繁に繰り返されることはない。従って、充電効率の悪い第２充電モードの実施回数を抑え、充電効率を向上させることができる。

【0030】

バッテリＢ１から電力が消費されても、その消費電力が小さい場合、バッテリＢ１の容量は緩やかに低下する。そのため、第１充電モードと第２充電モードが、第１基準容量を挟んで頻繁に繰り返し実施される事態がすぐに発生するわけではない。第１実施形態によれば、制御回路１１は、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費された場合、又は、バッテリＢ１から基準消費電力以上の電力が消費される予定がある場合、バッテリＢ１からの電力消費が終了するまで第２充電モードを実施しない。そのため、第２充電モードの無駄な実施制限を抑えることができる。

【0031】

第１実施形態によれば、制御回路１１は、バッテリＢ１の容量が第１基準容量になった後は、第１基準容量より小さい第２基準容量になるまで第１充電モードを実施しない。そのため、第１充電モードが頻繁に繰り返し実施される事態を抑えることができる。

【0032】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の充電装置について説明する。第２実施形態の充電装置は、第１実施形態の充電装置に対して充電回路の内部構成を変更するとともに、温度に基づいて制御の仕方を変更したものである。

【0033】

まず、図５を参照して第２実施形態の充電装置の構成及び動作について説明する。

【0034】

図５に示す充電装置２は、電源ＰＳ２からバッテリＢ２に電力を供給してバッテリＢ２を充電する装置である。ここで、電源ＰＳ２は、車両外部に設けられた商用交流電源や直流電源、又は、車両に搭載された太陽光発電装置である。また、バッテリＢ２は、車両に搭載され、車両に搭載された低電圧対応のエアコン等の補機Ｓ２に電力を供給するための低電圧の電源である。充電装置２は、充電回路２０と、制御回路２１とを備えている。

【0035】

充電回路２０は、制御回路２１によって制御され、電源ＰＳ２からバッテリＢ２に電力を供給してバッテリＢ２を充電する回路である。充電回路２０は、メイン充電回路２００と、サブ充電回路２０１とを備えている。

【0036】

メイン充電回路２００は、制御回路２１によって制御され、電源ＰＳ２からバッテリＢ２に電力を供給してバッテリＢ２を充電する回路である。メイン充電回路２００は、第１コンバータ回路２００ａと、バッテリ２００ｂと、第２コンバータ回路２００ｃとを備えている。

【0037】

第１コンバータ回路２００ａは、制御回路２１によって制御され、電源ＰＳ２から供給される電力を高電圧の直流電力に変換してバッテリ２００ｂに供給し、バッテリ２００ｂを充電する回路である。第１コンバータ回路２００ａは、回路部の温度情報を制御回路２１に対して出力する。第１コンバータ回路２００ａは、制御回路２１に接続されている。また、電源ＰＳ２及びバッテリ２００ｂにそれぞれ接続されている。

【0038】

バッテリ２００ｂは、第１コンバータ回路２００ａによって充電され、第２コンバータ回路２００ｃに電力を供給するための高電圧の電源である。

【0039】

第２コンバータ回路２００ｃは、制御回路２１によって制御され、バッテリ２００ｂから供給される高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換してバッテリＢ２に供給し、バッテリＢ２を充電する回路である。第２コンバータ回路２００ｃは、回路部の温度情報を制御回路２１に対して出力する。第２コンバータ回路２００ｃは、制御回路２１に接続されている。また、バッテリ２００ｂ及びバッテリＢ２にそれぞれ接続されている。

【0040】

サブ充電回路２０１は、制御回路２１によって制御され、メイン充電回路２００の温度が基準温度以上になったときに、電源ＰＳ２からバッテリＢ２に電力を供給してバッテリＢ２を充電する回路である。サブ充電回路２０１は、制御回路２１に接続されている。また、電源ＰＳ２及びバッテリＢ２にそれぞれ接続されている。

【0041】

制御回路２１は、外部から入力される充電要求信号、バッテリ情報及び補機情報、並びに、充電回路２０から入力される温度情報に基づいて充電回路２０を制御する回路である。制御回路２１は、第１実施形態の制御回路１１と同様の制御の仕方でメイン充電回路２００を制御する。そのため、メイン充電回路２００によるバッテリＢ２の充電動作は、第１実施形態の充電装置１と同一である。制御回路２１は、温度情報によって得られるメイン充電回路２００の温度が基準温度以上になったとき、具体的には、第１コンバータ回路２００ａの温度又は第２コンバータ回路２００ｃの温度が基準温度以上になったとき、メイン充電回路２００の第１供給電力及び第２供給電力の値を下げる。そして、サブ充電回路２０１によるバッテリＢ２への供給電力を上げるようにサブ充電回路２０１を制御する。しかも、メイン充電回路２００によるバッテリＢ２への供給電力とサブ充電回路２０１によるバッテリＢ２への供給電力の和が所定範囲内となるように、メイン充電回路２００及びサブ充電回路２０１を制御する。例えば、メイン充電回路２００によるバッテリＢ２への供給電力とサブ充電回路２０１によるバッテリＢ２への供給電力の和が、基準温度以上になる前の状態におけるメイン充電回路２００によるバッテリＢ２への供給電力と等しくなるように、メイン充電回路２００及びサブ充電回路２０１を制御する。

【0042】

次に、第２実施形態の効果について説明する。

【0043】

第２実施形態によれば、充電回路２０は、制御回路２１に接続され、電源ＰＳ２からバッテリＢ２に電力を供給するメイン充電回路２００及びサブ充電回路２０１を備えている。そして、制御回路２１は、メイン充電回路２００の温度が基準温度以上になったとき、メイン充電回路２００の第１供給電力及び第２供給電力の値を下げる。そのため、メイン充電回路２００の温度上昇を抑えることができる。

【0044】

第２実施形態によれば、制御回路２１は、メイン充電回路２００の温度が基準温度以上になったとき、サブ充電回路２０１によるバッテリＢ２への供給電力を上げるようにサブ充電回路２０１を制御する。そのため、メイン充電回路２００の温度上昇に伴うバッテリＢ２への供給電力の減少を、サブ充電回路２０１によって補うことができる。従って、メイン充電回路２００の温度が上昇しても、バッテリＢ２を確実に充電することができる。

【0045】

第２実施形態によれば、制御回路２１は、メイン充電回路２００によるバッテリＢ２への供給電力とサブ充電回路２０１によるバッテリＢ２への供給電力の和が所定範囲内となるように、メイン充電回路２００及びサブ充電回路２０１を制御する。そのため、メイン充電回路２００の温度が上昇しても、バッテリＢ２に所定の電力を安定して供給することができる。

【符号の説明】

【0046】

１・・・充電装置、１０・・・充電回路、１１・・・制御回路、ＰＳ１・・・電源、Ｂ１・・・バッテリ、Ｓ１・・・補機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】