特開 2025-20985 充電制御装置および充電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025020985

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】充電制御装置および充電制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/04 20060101AFI20250205BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

H02J7/04 A

H02J7/10 A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124649

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩間 一樹

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB02

5G503BB03

5G503CA01

5G503CA08

5G503CA11

5G503CB06

5G503CB11

5G503CC02

5G503EA05

5G503FA06

5G503GB03

5G503GB06

5G503GD03

5G503GD06

(57)【要約】

【課題】充電時間が長くならないようにすること。
【解決手段】ＥＣＵは、バッテリの充電を制御する。ＥＣＵは、ＣＰＵと、充電器と通信するための通信部とを備える。ＣＰＵは、所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを特定し（ステップＳ１１３）、充電器への現在の充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えるか判定し（ステップＳ１１４）、充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えると判定した場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値Ｗinを超えないように充電指令値を制限し（ステップＳ１１５）、制限した充電指令値を充電器に送信するよう通信部を制御する（ステップＳ１１７）。これにより、必要時のみ充電指令値を制限し、必要時以外は充電指令値を制限しないようにできる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置の充電を制御する充電制御装置であって、
プロセッサと、
充電器と通信するための通信部とを備え、
前記プロセッサは、
所定期間後の充電電力の制限値を特定し、
前記充電器への現在の充電指令値に対応する電力が前記制限値を超えるか判定し、
前記充電指令値に対応する電力が前記制限値を超えると判定した場合、前記充電指令値に対応する電力が前記所定期間が経過するまでの間に前記制限値を超えないように前記充電指令値を制限し、
制限した前記充電指令値を前記充電器に送信するよう前記通信部を制御する、充電制御装置。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記充電指令値を、所定態様で下げることで制限する、請求項１に記載の充電制御装置。

【請求項3】

前記プロセッサは、
前記充電指令値に対応する電力が前記制限値を超えないと判定した場合、前記充電指令値を維持し、
維持した前記充電指令値を前記充電器に送信するよう前記通信部を制御する、請求項１に記載の充電制御装置。

【請求項4】

前記プロセッサは、
前記所定期間で増加する前記蓄電装置の充電量を算出し、
算出した前記充電量を用いて前記制限値を特定する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電制御装置。

【請求項5】

蓄電装置の充電を制御する充電制御装置による充電制御方法あって、
前記充電制御装置は、
プロセッサと、
充電器と通信するための通信部とを備え、
前記充電制御方法は、前記プロセッサが、
所定期間の後の充電電力の制限値を特定するステップと、
前記充電器への現在の充電指令値に対応する電力が前記制限値を超えるか判定するステップと、
前記充電指令値に対応する電力が前記制限値を超えると判定した場合、充電指令値に対応する電力が前記所定期間が経過するまでの間に前記制限値を超えないように前記充電指令値を制限するステップと、
制限した前記充電指令値を前記充電器に送信するよう前記通信部を制御するステップとを含む、充電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、充電制御装置および充電制御方法に関し、特に、蓄電装置の充電を制御する充電制御装置、および、その充電制御装置による充電制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蓄電装置の充電時に充電電力制限値を超えないようにするために、充電電力の予測値に対してマージンを設けるものがあった（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１８２２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

充電時には、様々な充電器が使用される可能性がある。様々な充電器に対応できるようにマージンを設けると、充電時間が長くなってしまうといった課題があった。

【0005】

この開示は、上述した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、充電時間が長くならないようにすることが可能な充電制御装置および充電制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この開示に係る充電制御装置は、蓄電装置の充電を制御する。充電制御装置は、プロセッサと、充電器と通信するための通信部とを備える。プロセッサは、所定期間後の充電電力の制限値を特定し、充電器への現在の充電指令値に対応する電力が制限値を超えるか判定し、充電指令値に対応する電力が制限値を超えると判定した場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値を超えないように充電指令値を制限し、制限した充電指令値を充電器に送信するよう通信部を制御する。

【0007】

このような構成によれば、充電器への現在の充電指令値に対応する電力が、所定期間後の充電電力の制限値を超えると判定された場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値を超えないように制限された充電指令値が充電器に送信される。このため、必要時のみ充電指令値を制限し、必要時以外は充電指令値を制限しないようにできる。その結果、充電時間が長くならないようにすることが可能な充電制御装置を提供することができる。

【0008】

プロセッサは、充電指令値を、所定態様で下げることで制限するようにしてもよい。このような構成によれば、必要時に充電指令値を適切に制限することができる。

【0009】

プロセッサは、充電指令値に対応する電力が制限値を超えないと判定した場合、充電指令値を維持し、維持した充電指令値を充電器に送信するよう通信部を制御するようにしてもよい。このような構成によれば、必要時以外は充電指令値を制限しないようにできる。

【0010】

プロセッサは、所定期間で増加する蓄電装置の充電量を算出し、算出した充電量を用いて制限値を特定するようにしてもよい。このような構成によれば、所定期間後の充電電力の制限値を適切に特定することができる。

【0011】

この開示に他の局面によれば、充電制御方法は、蓄電装置の充電を制御する充電制御装置による充電制御方法ある。充電制御装置は、プロセッサと、充電器と通信するための通信部とを備える。充電制御方法は、プロセッサが、所定期間の後の充電電力の制限値を特定するステップと、充電器への現在の充電指令値に対応する電力が制限値を超えるか判定するステップと、充電指令値に対応する電力が制限値を超えると判定した場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値を超えないように充電指令値を制限するステップと、制限した充電指令値を充電器に送信するよう通信部を制御するステップとを含む。

【0012】

このような構成によれば、充電時間が長くならないようにすることが可能な充電制御方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0013】

この開示によれば、充電時間が長くならないようにすることが可能な充電制御装置および充電制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この実施の形態に係る充電システムの全体構成を概略的に示す図である。

【図2】充電システムの構成をより詳細に示す図である。

【図3】この実施の形態における充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】マージンを設ける場合の充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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、図中同一また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。

【0016】

＜充電システムの構成＞
図１は、この実施の形態に係る充電システム９の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、充電システム９は、あるユーザの車両１と、充電器３と、充電器３から延びる充電ケーブル４とを含む。

【0017】

車両１は、たとえば、バッテリ１１（後述の図２参照）が搭載された電気自動車である。車両１は、車両１と充電器３とが充電ケーブル４により電気的に接続された状態において、充電器３から供給される電力によりバッテリ１１を充電する「外部充電」が可能に構成されている。なお、車両１は、外部充電が可能に構成されていればよく、プラグインハイブリッド車または燃料電池自動車であってもよい。

【0018】

充電器３は、たとえば公共の充電スタンド（充電スポットまたは充電ステーションとも呼ばれる）に設置されている。充電器３は、商用電源から供給される交流電源（たとえば３相２００Ｖの電源）を直流電力に変換し、その直流電力を車両１に供給する。

【0019】

この実施の形態において、充電器３は、急速充電対応の充電器である。さらに、この実施の形態の充電器３については、出力可能な名目上の最低電流に対応する名目上の最低電力が予め定められており、この名目上の最低電力が記憶されていることとする。充電器３は、車両１のバッテリ１１への充電の開始時に、この最低電力を車両１に伝達する。

【0020】

図２は、充電システム９の構成をより詳細に示す図である。図１および図２を参照して、車両１は、バッテリ１１と、監視ユニット１１１と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）１２１と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）１２２と、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１２３と、動力伝達ギア１２４と、駆動輪１２５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０とを備える。

【0021】

バッテリ１１は、再充電可能な蓄電装置であり、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成されている。バッテリ１１は、車両１の走行駆動力を生成するための電力をＰＣＵ１２２へ供給する。また、バッテリ１１は、モータジェネレータ１２３の回生制動により発電された電力により充電されたり、充電器３からの供給電力により充電されたりする。なお、バッテリ１１に代えて、電気二重層キャパシタ等のキャパシタを採用してもよい。

【0022】

監視ユニット１１１は、バッテリ１１の状態を監視する。いずれも図示しないが、監視ユニット１１１は、電圧センサと、電流センサと、温度センサとを含む。電圧センサは、バッテリ１１の電圧Ｖｂを検出する。電流センサは、バッテリ１１に入出力される電流Ｉｂを検出する。温度センサは、バッテリ１１の温度を検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ１０に出力する。ＥＣＵ１０は、各センサによる検出結果に基づいて、バッテリ１１のＳＯＣ（State Of Charge）を算出することができる。

【0023】

ＳＭＲ１２１は、バッテリ１１とＰＣＵ１２２との間に電気的に接続されている。ＳＭＲ１２１の閉成／開放は、ＥＣＵ１０からの指令に応じて制御される。

【0024】

ＰＣＵ１２２は、ＥＣＵ１０からの指令に従って、バッテリ１１とモータジェネレータ１２３との間で電力変換を行なう電力変換装置である。ＰＣＵ１２２は、バッテリ１１から電力を受けてモータジェネレータ１２３を駆動するインバータと、インバータに供給される直流電圧のレベルを調整するコンバータ（いずれも図示せず）等とを含んで構成されている。

【0025】

モータジェネレータ１２３は、交流電動機である。モータジェネレータ１２３は、ＰＣＵ１２２に含まれるインバータによって駆動され、駆動軸を回転させる。モータジェネレータ１２３が出力するトルクが動力伝達ギア１２４を介して駆動輪１２５に伝達され、それにより車両１が走行する。また、モータジェネレータ１２３は、車両の制動時には駆動輪１２５の回転力を受けて発電する。モータジェネレータ１２３によって発電された電力は、ＰＣＵ１２２を通じてバッテリ１１に充電される。

【0026】

車両１は、急速充電のための構成として、充電リレー１３１と、電力線ＰＬ，ＧＬと、インレット１３５とをさらに備える。

【0027】

充電器３は、制御装置３０と電力供給部３１とを含む。充電ケーブル４は、電力線４２と、通信線４３と、コネクタ４１とを含む。

【0028】

バッテリ１１の急速充電時には、充電ケーブル４のコネクタ４１がインレット１３５に連結される。そして、充電器３からの電力が充電ケーブル４内の電力線４２を通じて車両１に供給され、電力線ＰＬ，ＧＬを通じて充電リレー１３１へと伝送される。

【0029】

充電リレー１３１およびＳＭＲ１２１は、バッテリ１１とインレット１３５との間に電気的に接続されている。充電リレー１３１が閉成され、かつ、ＳＭＲ１２１が閉成されると、インレット１３５とバッテリ１１との間での電力伝送が可能な状態となる。

【0030】

また、車両１と充電器３とが充電ケーブル４により接続された状態において、ＥＣＵ１０は、充電ケーブル４内の通信線４３および車載ネットワーク１６を介して充電器３の制御装置３０とも双方向通信が可能に構成される。

【0031】

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２と、通信部１０３と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）と等を含んで構成されている。ＥＣＵ１０は、車両１が所望の状態となるように車両１内の各機器（ＳＭＲ１２１、ＰＣＵ１２２、および充電リレー１３１など）を制御する。

【0032】

バッテリ１１は、高い電力で充電すると、バッテリ１１が故障したり寿命が短くなったりする。このため、バッテリ１１ごとに、バッテリ１１のＳＯＣ、温度、電圧、電流に応じた充電電力の制限値Ｗinが予め定められている。

【0033】

上述した車両１のバッテリ１１の充電時に充電電力の制限値Ｗinを超えないようにするために、充電電力の予測値に対してマージンを設けることが考えられる。図４は、マージンを設ける場合の充電制御処理の流れを示すフローチャートである。図４を参照して、具体的には、次のようにすることが考えられる。ＥＣＵ１０のＣＰＵ１０１は、充電中であるか否かを判断する（ステップＳ９１１）。充電中である（ステップＳ９１１でＹＥＳ）と判断した場合、バッテリ１１のＳＯＣ（State Of Charge）、温度および電圧から現在の制限値Ｗinを特定し（ステップＳ９１３）、制限値Ｗinにマージンを乗せ（ステップＳ９１５）、マージンを乗せたＷinに対応する充電指令値を算出し（ステップＳ９１６）、算出した充電指令値を充電器３に送信するようＥＣＵ１０の通信部１０３を制御する（ステップＳ９１７）。

【0034】

充電時には、様々な充電器３が使用される可能性がある。様々な充電器３に対応できるように、ステップＳ９１５のマージンを設けると、必要の無いときでも充電指令値を下げてしまうことになり、充電時間が長くなってしまうといった課題があった。

【0035】

そこで、ＥＣＵ１０のＣＰＵ１０１は、所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを特定し、充電器３への現在の充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えるか判定し、充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えると判定した場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値Ｗinを超えないように充電指令値を制限し、制限した充電指令値を充電器３に送信するようＥＣＵ１０の通信部１０３を制御する。

【0036】

これにより、充電器３への現在の充電指令値に対応する電力が、所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを超えると判定された場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値Ｗinを超えないように制限された充電指令値が充電器３に送信される。このため、必要時のみ充電指令値を制限し、必要時以外は充電指令値を制限しないようにできる。その結果、充電時間が長くならないようにすることができる。

【0037】

図３は、この実施の形態における充電制御処理の流れを示すフローチャートである。図３を参照して、この充電制御処理は、ＥＣＵ１０のＣＰＵ１０１によって上位の処理から所定周期ごとに呼出されて実行される。

【0038】

ＥＣＵ１０のＣＰＵ１０１は、充電中であるか否かを判断する（ステップＳ１１１）。充電中でない（ステップＳ１１１でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ１０１は、実行する処理をこの充電制御処理の呼出元の上位の処理に戻す。

【0039】

一方、充電中である（ステップＳ１１１でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ１０１は、所定期間（たとえば、Ｔ秒間）で上昇するΔＳＯＣを算出する（ステップＳ１１２）。ΔＳＯＣは、充電器３が出力可能な最大電流、または、充電電力の制限時は、制限電流にＴを掛けたものをＳＯＣ換算することで算出できる。

【0040】

なお、実際の充電指令値の電流値は、最大電流または制限電流と等しいとは限らない。たとえば、実際の充電指令値の電流値は、充電方法によって異なる。ＣＣ（Constant Current）充電では、終止条件（通常電圧、充電電力量）に達するまで一定の電流値で充電を行う。ＣＣＣＶ（Constant Current，Constant Voltage）充電では、所定電圧に達するまではＣＣ充電で充電し、所定電圧に達したら充電電流を絞って所定電圧を保って充電を行う。実際の充電指令値の電流値は、このように、充電方法および充電条件によって異なる値となる。充電方法に応じた電流値を算出し、算出した電流値に対応する電力と現在の充電電力の制限値Ｗinとを比較し、制限値Ｗinを超えない場合、算出した電流値を充電指令値とし、超える場合、超えないように制限した電流値を充電指令値とする。

【0041】

次に、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１２で算出したΔＳＯＣを考慮した所定期間（たとえば、Ｔ秒）後の充電電力の制限値Ｗinを特定する（ステップＳ１１３）。たとえば、所定期間で増加するバッテリ１１の充電量（たとえば、ＳＯＣ）を算出し、算出した充電量を用いて充電電力の制限値Ｗinを特定する。そして、ＣＰＵ１０１は、現在の充電指令値に対応する電力が所定期間（たとえば、Ｔ秒）後の充電電力の制限値Ｗinを超える否かを判断する（ステップＳ１１４）。

【0042】

現在の充電指令値に対応する電力が所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを超える（ステップＳ１１４でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ１０１は、所定期間（たとえば、Ｔ秒）後までの間に充電指令値が充電電力の制限値Ｗinを超えないように、充電指令値を制限する（ステップＳ１１５）。充電指令値は、所定態様で下げることにより制限する。所定態様は、たとえば、所定割合、下げる態様であってもよいし、所定値下げる態様であってもよいし、比例的に下げる態様であってもよいし、指数関数的に下げる態様であってもよい。

【0043】

一方、現在の充電指令値に対応する電力が所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを超えない（ステップＳ１１４でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ１０１は、充電指令値をそのままとする（ステップＳ１１６）。

【0044】

そして、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１５またはステップＳ１１６で定められた充電指令値を充電器３に送信する（ステップＳ１１７）。その後、ＣＰＵ１０１は、実行する処理をこの充電制御処理の呼出元の上位の処理に戻す。

【0045】

充電器３の制御装置３０は、充電指令値を受信すると、充電指令値の電流値が充電器３の最大電流を超えない場合、充電指令値の電流値の電力、超える場合、最大電流に対応する電力を、車両１に供給するよう電力供給部３１を制御する。

【0046】

［変形例］
（１） 前述した実施の形態においては、充電器３への充電指令値が電流値であることとした。しかし、これに限定されず、充電器３への充電指令値が電力値であってもよい。

【0047】

（２） 前述した開示を、バッテリ１１の充電を制御するＥＣＵ１０のような充電制御装置の開示と捉えることができるし、充電制御装置による充電制御方法または図３で示した処理を実行する充電制御プログラムの開示と捉えることができる。

【0048】

［まとめ］
（１） 図１および図２で示したように、ＥＣＵ１０は、バッテリ１１の充電を制御する。図２で示したように、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ１０１と、充電器３と通信するための通信部１０３とを備える。図３で示したように、ＣＰＵ１０１は、所定期間（たとえば、Ｔ秒）後の充電電力の制限値Ｗinを特定し（たとえば、ステップＳ１１３）、充電器３への現在の充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えるか判定し（たとえば、ステップＳ１１４）、充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えると判定した場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値Ｗinを超えないように充電指令値を制限し（たとえば、ステップＳ１１５）、制限した充電指令値を充電器３に送信するよう通信部１０３を制御する（たとえば、ステップＳ１１７）。

【0049】

これにより、充電器３への現在の充電指令値に対応する電力が、所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを超えると判定された場合、充電指令値に対応する電力が所定期間が経過するまでの間に制限値Ｗinを超えないように制限された充電指令値が充電器３に送信される。このため、必要時のみ充電指令値を制限し、必要時以外は充電指令値を制限しないようにできる。その結果、充電時間が長くならないようにすることができる。

【0050】

（２） 図３で示したように、ＣＰＵ１０１は、充電指令値を、所定態様で下げることで制限する（たとえば、ステップＳ１１５）ようにしてもよい。これにより、必要時に充電指令値を適切に制限することができる。

【0051】

（３） 図３で示したように、ＣＰＵ１０１は、充電指令値に対応する電力が制限値Ｗinを超えないと判定した場合、充電指令値を維持し（たとえば、ステップＳ１１６）、維持した充電指令値を充電器３に送信するよう通信部１０３を制御する（たとえば、ステップＳ１１７）ようにしてもよい。これにより、必要時以外は充電指令値を制限しないようにできる。

【0052】

（４） 図３で示したように、ＣＰＵ１０１は、所定期間で増加するバッテリ１１の充電量（たとえば、ＳＯＣ）を算出し（たとえば、ステップＳ１１２）、算出した充電量を用いて制限値Ｗinを特定する（たとえば、ステップＳ１１３）ようにしてもよい。これにより、所定期間後の充電電力の制限値Ｗinを適切に特定することができる。

【0053】

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。この開示の範囲は、上記した実施の形態の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。

【符号の説明】

【0054】

１ 車両、３ 充電器、４ 充電ケーブル、９ 充電システム、１０ ＥＣＵ、１１ バッテリ、１６ 車載ネットワーク、３０ 制御装置、３１ 電力供給部、４１ コネクタ、４２，ＧＬ，ＰＬ 電力線、４３ 通信線、１０１ ＣＰＵ、１０２ メモリ、１０３ 通信部、１１１ 監視ユニット、１２１ ＳＭＲ、１２２ ＰＣＵ、１２３ モータジェネレータ、１２４ 動力伝達ギア、１２５ 駆動輪、１３１ 充電リレー、１３５ インレット。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】