JP5821256B2 - バッテリ充電システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ充電システムに関するものである。

従来、電気自動車に搭載されたバッテリを充電する際に、外部電源からの電力を、バッテリの充電に加えて、空調装置などの各種負荷にも供給することで、バッテリを充電しつつ、充電中に室内温度を調整する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この従来技術では、バッテリの充電の妨げとならないように、基本的には、外部電源により供給可能な電力から、バッテリの充電に必要な電力を除いた余剰電力を用いて、空調装置に電力を供給するものである。

特開平８−２３０４４１号公報

しかしながら、上記従来技術のように、バッテリへの電力供給を優先的に行ないながら、余剰電力で空調装置などの各種負荷に電力を供給する場合において、たとえば、余剰電力で駆動させるための空調装置として、ＰＷＭ制御などによりパルス駆動されるような空調装置を用いた場合、次のような問題を生じることがあった。すなわち、ＰＷＭ制御などによりパルス駆動されるような空調装置を用いた場合、空調装置により消費される電力はパルス波状に周期的に変化するため、空調装置により消費される電力が、周期的に、空調装置を駆動するための空調駆動用の電力を下回ることとなる。そして、この場合には、空調装置を駆動するための空調駆動用の電力のうち、一部の電力が、空調装置により消費されずに、バッテリが本来必要とする電力に重畳されて、バッテリに供給されてしまい、これにより、バッテリに供給される電力が、バッテリが許容可能な充電電力を上回ってしまい、結果として、バッテリの電圧が、所定の上限電圧を超えてしまうという問題が生じることがあった。

また、上記従来技術においては、空調装置の駆動開始時に発生するスパイク電流に対応するために、空調装置の駆動開始時には、一時的に車載バッテリに供給する充電電流を小さくするような構成が開示されているが、上記従来技術では、空調装置の駆動開始時のみ、バッテリに供給する充電電流を小さくしているものの、その後は、バッテリへの電力供給を優先的に行なうような構成であるため、いずれにしても、上述したような問題が生じてしまうこととなる。

本発明が解決しようとする課題は、外部電力を分配して、車載バッテリの充電と、車載バッテリ以外の負荷への電力の供給とを行なう際に、車載バッテリの充電と負荷への電力供給を良好に行ないながら、車載バッテリの電圧が、所定の上限電圧を超えることを有効に防止することができるバッテリ充電システムを提供することにある。

本発明は、外部電源から、車載バッテリに供給するための電力を、車載バッテリが許容可能な充電電力であるバッテリ許容電力に制限するとともに、パルス駆動する負荷への電力の供給の要求がされた場合には、外部電源からの供給電力を、バッテリ許容電力に制限したまま、外部電源からの供給電力を車載バッテリおよび負荷に分配することにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、車載バッテリに充電電力を供給しながら、負荷へ電力を供給する際に、車載バッテリに供給する充電電力と、負荷に供給する電力との合計を、車載バッテリが許容可能な充電電力であるバッテリ許容電力に制限することができるため、これにより、バッテリの充電および負荷への電力供給を良好に行いながら、バッテリの電圧が、所定の上限電圧を超えることを有効に防止することができる。

図１は、本実施形態に係るバッテリ充電システムを示す構成図である。 図２は、ＰＴＣヒータ５の消費電力を示す図である。 図３は、本実施形態に係るバッテリ充電処理が適用される一場面例を示す図である。 図４は、本実施形態に係るバッテリ充電処理の一例を示すフローチャートである。 図５は、図３に示す場面例における、バッテリ４のＳＯＣと、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰと、の関係を示すグラフである。 図６は、図３に示す場面例（空調優先モード）における、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。 図７は、従来例における、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。 図８は、図３に示す場面例（充電優先モード）における、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。 図９は、本実施形態に係るバッテリ充電処理が適用される別の場面例を示す図である。 図１０は、図９に示す場面例（空調優先モード）における、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。 図１１は、図９に示す場面例（充電優先モード）における、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るバッテリシステムを示す構成図である。なお、以下においては、本実施形態に係るバッテリ充電システムが、電気車両（ハイブリッド車やＥＶ）用として用いられる場合を例示して説明するが、特にこれに限定されるものではない。

本実施形態に係るバッテリ充電システム１は、図１に示すように、強電ライン２を介して、互いに電気的に接続された充電装置３、バッテリ４、ＰＴＣヒータ５、コンプレッサ６およびＤＣ／ＤＣコンバータ７を備えている。また、バッテリ充電システム１は、強電ライン２を介して、外部交流電源１００と電気的に接続可能となっている。なお、外部交流電源１００は、通常、バッテリ４を充電するために、強電ライン２を介して、バッテリ充電システム１に電気的に接続される。

バッテリ４は、たとえば、リチウムイオン二次電池などの二次電池を複数接続してなる組電池であり、図１に示すように、バッテリ４には、バッテリ４を構成する各セルの監視を行なうバッテリコントローラ８が接続されている。

バッテリコントローラ８は、周期的に、バッテリ４を構成する各セルの電圧、バッテリ４の総電圧、およびバッテリ４の充放電電流の検出を行い、これらに基づき、バッテリ４のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、バッテリ４の充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}、およびバッテリ４が許容可能な充電電力である充電許容電力Ｐ_ＬＩＭを算出する。ここで、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}は、バッテリ４を充電する際に、上限となる電圧であり、バッテリ４のＳＯＣや、バッテリ４の内部抵抗などから求められる、バッテリ４の劣化を防止するために設定される上限電圧である。このような充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}としては、たとえば、バッテリ４を構成する各セル（あるいは、一部のセル）の内部に、リチウムの析出が開始する電圧や、リチウムの析出が開始する電圧よりも所定値低い電圧に設定することができるが、これらに限定されるものではない。

また、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭは、バッテリ４が許容可能な充電電力であり、通常、バッテリ４に充電電力を供給した際に、バッテリ４の総電圧が、上述した充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えないような電力として設定される。なお、バッテリ４のＳＯＣが上昇すると、バッテリ４の総電圧も上昇するため、バッテリ４の総電圧は、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}に近づくこととなる。そのため、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}は、一般的に、バッテリ４のＳＯＣが上昇すると、小さくなることとなり、一方、バッテリ４のＳＯＣが低下すると、高くなることとなる。

そして、バッテリコントローラ８は、上述した充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに基づいて、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭの範囲内において、バッテリ４へ供給するための充電電力を設定し、これを要求充電電力Ｐ_ＢＡＴとして、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭおよびバッテリ４のＳＯＣとともに、システム制御装置１０に送信する。

また、ＰＴＣヒータ５は、強電ライン２を介して、バッテリ４または外部交流電源１００から供給される電力により駆動することで、バッテリ充電システム１を備える車両室内に送る空調風を加熱するためのヒータである。このＰＴＣヒータ５は、ヒータ素子の温度上昇に伴い電気抵抗値が増加して消費電力が減少する、いわゆるＰＴＣ特性を有する。

なお、本実施形態においては、ＰＴＣヒータ５は、ＰＷＭ制御によりパルス駆動する第１のＰＴＣヒータと、一定電力の電力で駆動される第２のＰＴＣヒータと、から構成される。そして、ＰＴＣヒータ５は、第１のＰＴＣヒータを駆動するためのパルス波形のデューティ比をコントロールすることにより、単位時間当たりの発熱量を制御でき、これにより、車両室内に送る空調風の温度の調整を可能としている。なお、ＰＴＣヒータ５のＰＷＭ制御は、後述するシステム制御装置１０からの指令に基づいて行なわれる。

ここで、図２に、強電ライン２から電力が供給された際における、ＰＴＣヒータ５の消費電力を表す図を示す。図２においては、ＰＴＣヒータ５に、電力が供給されておらず、ＯＦＦとされている状態（時間Ｔ_０〜Ｔ_１の状態）から、時間Ｔ_１において、バッテリ４または外部交流電源１００から、強電ライン２を介して電力Ｐ_２にて、電力の供給が開始され、ＯＮとされている状態（時間Ｔ_１〜Ｔ_２の状態）から、時間Ｔ_２において、電力の供給が停止され、ＯＦＦとされた状態を示している。

図２に示すように、バッテリ４または外部交流電源１００から、強電ライン２を介して電力Ｐ_２にて、電力の供給が行なわれ、ＰＴＣヒータ５がＯＮとされている場合には、第２のＰＴＣヒータの消費電力は、電力Ｐ_１で一定であるのに対して、第１のＰＴＣヒータは、ＰＷＭ制御によりパルス駆動するため、一定の周期で、消費電力がＰ_２−Ｐ_１である状態と、消費電力がゼロである状態とが繰り返されることとなる。そのため、ＰＴＣヒータ５全体としては、一定の周期で、消費電力がＰ_２である状態と、消費電力がＰ_２−Ｐ_１である状態とが繰り返される。すなわち、バッテリ４または外部交流電源１００から、強電ライン２を介して供給される電力Ｐ_２を全て消費し、余剰電力が発生しない状態と、電力Ｐ_２のうち、電力Ｐ_１のみを消費し、余剰電力（Ｐ_２−Ｐ_１）が発生する状態とが繰り返されることとなる。

コンプレッサ６は、バッテリ充電システム１を備える車両に備えられた空調装置の冷凍サイクル（不図示）の冷媒を圧縮する冷媒圧縮装置であり、バッテリ４または外部交流電源１００から、強電ライン２を介して電力Ｐ_２にて、電力の供給が行なわれることにより駆動する。

空調制御アンプ９は、ＰＴＣヒータ５およびコンプレッサ６の駆動を制御するための制御装置である。空調制御アンプ９は、たとえば、温度センサ（不図示）により検出された車両室内温度の情報、および車両室内を空調するための目標温度の情報を取得し、これらの情報に基づいて、ＰＴＣヒータ５およびコンプレッサ６を駆動させるために必要な駆動電力を設定し、これを要求駆動電力Ｐ_ＡＣとして、システム制御装置１０に送信する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、強電ライン２を介して、バッテリ４から供給された電力を変換するための装置であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７により変換された電力は、弱電ライン１１を介して、弱電補機１２に供給されることとなる。

充電装置３は、システム制御装置１０からの電力供給指令に基づき、外部交流電源１００からの電力をＡＣ／ＤＣ変換し、変換した電力を、バッテリ４、ＰＴＣヒータ５、コンプレッサ６に供給する。なお、充電装置３は、車両内に備えられているような構成であってもよいし、あるいは、車両外部に備えられているような構成であってもよい。また、充電装置３は、外部交流電源１００と互いに通信することで、外部交流電源１００の供給可能電力Ｐ_ＭＡＸの情報を取得し、取得した供給可能電力Ｐ_ＭＡＸの情報を、システム制御装置１０に送出する。

システム制御装置１０は、バッテリコントローラ８、空調制御アンプ９、および充電装置３と、互いに通信することで、バッテリ制御システム１を制御するための制御装置である。システム制御装置１０は、バッテリコントローラ８から送信される要求充電電力Ｐ_ＢＡＴ、および充電許容電力Ｐ_ＬＩＭ、空調制御アンプ９から送信される要求駆動電力Ｐ_ＡＣ、ならびに、充電装置３から送信される外部交流電源１００の供給可能電力Ｐ_ＭＡＸに基づいて、外部交流電源１００から、バッテリ４、ならびに、空調装置を構成するＰＴＣヒータ５およびコンプレッサ６に供給するための電力を、供給電力Ｐ_ＳＵＰとして設定し、設定した供給電力Ｐ_ＳＵＰを含む電力供給指令を充電装置３に送出する。そして、充電装置３は、システム制御装置１０からの電力供給指令に基づき、バッテリ４、ＰＴＣヒータ５、コンプレッサ６に、供給電力Ｐ_ＳＵＰにて、電力供給を行なうこととなる。

また、システム制御装置１０は、空調制御アンプ９から送信される要求駆動電力Ｐ_ＡＣを受信している場合には、ＰＴＣヒータ５、およびコンプレッサ６の駆動に用いるための電力を、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲとして算出し、空調制御アンプ９に送出する。そして、空調制御アンプ９は、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰのうち、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲの範囲内において、ＰＴＣヒータ５、およびコンプレッサ６の駆動制御を行う。なお、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲは、要求駆動電力Ｐ_ＡＣに基づいて、外部交流電源１００からバッテリ４の充電を行なう際におけるモードが、システム制御装置１０が、空調装置の駆動をバッテリ４の充電よりも優先するようなモード（空調優先モード）に設定されているか、あるいは、バッテリ４の充電を優先するようなモード（充電優先モード）に設定されているかに応じて、設定される。たとえば、空調優先モードに設定されている場合には、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲは、要求駆動電力Ｐ_ＡＣに設定することができる。そして、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲを、要求駆動電力Ｐ_ＡＣに設定することにより、優先的に空調装置を駆動することができる。

なお、システム制御装置１０は、車両内に備えられているような構成であってもよいし、あるいは、車両外部に備えられているような構成であってもよい。

次いで、本実施形態のバッテリ充電処理について、説明する。
以下においては、本実施形態のバッテリ充電処理を、図３に示す場面例に適用した場合を例示して、説明する。ここで、図３は、本実施形態に係るバッテリ充電処理が適用される一場面例を示す図であり、図４は、本実施形態に係るバッテリ充電処理の一例を示すフローチャートである。

図３に示す場面例においては、出発予定時刻である時間Ｔ_１３までに、バッテリ４を満充電状態とするとともに、空調装置としてのＰＴＣヒータ５を駆動させることにより、車両室内の温度を目標温度に設定する場面を示している。具体的には、図３に示す場面例においては、まず、時間Ｔ_１０において、外部交流電源１００からの電力により、バッテリ４の充電を開始する。そして、バッテリ４が満充電付近の状態となるまでバッテリ４の充電を行なった後、時間Ｔ_１１において、バッテリ４の充電を継続しながら、ＰＴＣヒータ５の駆動を開始し、バッテリ４を充電しながら、ＰＴＣヒータ５の駆動を行なう。そして、車両室内の温度を目標温度まで上昇させた後、時間Ｔ_１２において、ＰＴＣヒータ５の駆動を停止し、次いで、出発予定時刻である時間Ｔ_１３まで、バッテリ４の充電を継続することにより、バッテリ４を満充電としている。

なお、図３に示す場面例においては、ＰＴＣヒータ５の駆動を開始する時間Ｔ_１１においては、バッテリ４は満充電付近の状態にあるため、時間Ｔ_１１においては、バッテリ４のＳＯＣは、所定値ＳＯＣ_０（所定値ＳＯＣ_０については、後述する。）以上となることとなる。

以下、具体的なバッテリ充電処理について、図４に示すフローチャートに沿って、説明する。なお、以下の処理は、図１に示すシステム制御装置１０により実行される。

まず、ステップＳ１では、システム制御装置１０により、バッテリコントローラ８から、バッテリ４に充電電力を供給するための充電電力供給要求がなされたか否かの判断が行なわれる。充電電力供給要求がされたと判断した場合には、ステップＳ２に進む。一方、充電電力供給要求がされていないと判断した場合には、ステップＳ１を繰り返す。なお、充電電力供給要求がなされたか否かの判断は、バッテリコントローラ８から、要求充電電力Ｐ_ＢＡＴが送信されたか否かにより行なうことができる。

ステップＳ２では、システム制御装置１０により、空調制御アンプ９から、ＰＴＣヒータ５に駆動電力を供給するための駆動電力供給要求がなされたか否かの判断が行なわれる。駆動電力供給要求がされていないと判断した場合には、ステップＳ３に進む。一方、駆動電力供給要求がされたと判断した場合には、ステップＳ８に進む。なお、駆動電力供給要求がなされたか否かの判断は、空調制御アンプ９から、要求駆動電力Ｐ_ＡＣが送信されたか否かにより行うことができる。

ステップＳ３では、システム制御装置１０により、充電装置３から外部交流電源１００の供給可能電力Ｐ_ＭＡＸの取得が行なわれる。

ステップＳ４では、システム制御装置１０により、バッテリコントローラ８により算出されたバッテリ４のＳＯＣの取得が行なわれ、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上であるか否かの判断が行なわれる。バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０未満であると判断された場合には、ステップＳ５に進む。一方、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上であると判断された場合には、ステップＳ８に進む。なお、本実施形態においては、所定値ＳＯＣ_０としては、バッテリ４の状態が満充電付近にあると判断できるような値を設定する。

ステップＳ５では、システム制御装置１０により、ステップＳ１で取得した要求充電電力Ｐ_ＢＡＴが、ステップＳ４で取得した供給可能電力Ｐ_ＭＡＸ以上であるか否かの判断が行なわれる。要求充電電力Ｐ_ＢＡＴが、供給可能電力Ｐ_ＭＡＸ以上である場合には、ステップＳ６に進み、要求充電電力Ｐ_ＢＡＴが、供給可能電力Ｐ_ＭＡＸ未満である場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６では、ステップＳ５において、要求充電電力Ｐ_ＢＡＴが、供給可能電力Ｐ_ＭＡＸ以上であると判断されたため、システム制御装置１０により、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰが、外部交流電源１００が供給可能な電力である供給可能電力Ｐ_ＭＡＸに設定される。

一方、ステップＳ７では、ステップＳ５において、要求充電電力Ｐ_ＢＡＴが、供給可能電力Ｐ_ＭＡＸ未満であると判断されたため、システム制御装置１０により、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰが、バッテリコントローラ８からの要求充電電力Ｐ_ＢＡＴに設定される。

一方、ステップＳ２において、空調制御アンプ９から、ＰＴＣヒータ５に駆動電力を供給するための駆動電力供給要求がなされたと判断された場合、または、ステップＳ４において、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上であると判断された場合には、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、システム制御装置１０により、バッテリコントローラ８により算出されたバッテリ４の充電許容電力Ｐ_ＬＩＭの取得が行なわれる。なお、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭは、上述したように、バッテリ４が許容可能な充電電力であり、バッテリコントローラ８により、バッテリ４のＳＯＣや、バッテリ４の内部抵抗などから、周期的に算出されている。

ステップＳ９では、システム制御装置１０により、外部交流電源１００から、バッテリ４に供給するための供給電力Ｐ_ＳＵＰが、ステップＳ８で取得された充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定される。本実施形態においては、ステップＳ４において、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上であると判断された場合には、バッテリ４が満充電付近にあり、そのため、比較的大きな電力で充電を行なうと、バッテリ４の総電圧が、上述した充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えるおそれがあるため、このような場合には、外部交流電源１００から、バッテリ４に供給するための供給電力Ｐ_ＳＵＰを、バッテリ４が許容可能な充電電力である充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限する。そして、本実施形態によれば、供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限することにより、バッテリ４の総電圧が、上述した充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えてしまうことを有効に防止することができる。

また、図３に示す場面例においては、ＰＴＣヒータ５に駆動電力を供給するための駆動電力供給要求がされる場合（ステップＳ２＝Ｙｅｓとなる場合）、すなわち、ＰＴＣヒータ５の駆動を行なう際には、バッテリ４は満充電付近の状態にあるため、バッテリ４のＳＯＣは、所定値ＳＯＣ_０以上となる。そのため、本実施形態においては、ＰＴＣヒータ５に駆動電力を供給するための駆動電力供給要求がされる場合（ステップＳ２＝Ｙｅｓとなる場合）においても、外部交流電源１００から、バッテリ４に供給するための供給電力Ｐ_ＳＵＰを、バッテリ４が許容可能な充電電力である充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限する。

ステップＳ１０では、ステップＳ６、Ｓ７またはＳ９で設定された供給電力Ｐ_ＳＵＰが、システム制御装置１０から、充電器３に送出され、これにより、外部交流電源１００から供給電力Ｐ_ＳＵＰにて電力供給が行なわれる。なお、本実施形態においては、ステップＳ２において、空調制御アンプ９から、駆動電力供給要求がされていない場合には、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰは、バッテリ４に供給され、バッテリ４の充電が行なわれる。

一方、ステップＳ２において、空調制御アンプ９から、駆動電力供給要求がされている場合には、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰは、バッテリ４に加えて、ＰＴＣヒータ５に供給される。この場合においては、上述したように、システム制御装置１０は、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲを算出し、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲを空調制御アンプ９に送出することで、ＰＴＣヒータ５が、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲの範囲内で駆動し、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰのうち、残りの電力が、バッテリ４に供給され、バッテリ４の充電が行なわれることとなる。

そして、ステップＳ１に戻り、上述したステップＳ１〜Ｓ１０の処理が繰り返される。

次いで、上述したバッテリ充電処理により、図３に示す場面例のように、バッテリ４の充電およびＰＴＣヒータ５の駆動を行なった際における動作について、詳細に説明する。ここで、図５は、図３に示す場面例における、バッテリ４のＳＯＣと、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰと、の関係を示すグラフである。なお、以下においては、外部交流電源１００からバッテリ４の充電を行なう際におけるモードが、システム制御装置１０が、空調装置の駆動をバッテリ４の充電よりも優先するようなモード（空調優先モード）が設定されている場合を例示して、説明を行なう。

まず、図３に示す場面例においては、時間Ｔ_１０において、バッテリコントローラ８から、システム制御装置１０に、要求充電電力Ｐ_ＢＡＴの送信が開始されることにより、上述したステップＳ１〜Ｓ７、ステップＳ１０を繰り返すことにより、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰがバッテリ４に供給され、バッテリ４の充電が行なわれていくこととなる。そして、図５に示すように、バッテリ４の充電に伴い、バッテリ４のＳＯＣが上昇していく。また、バッテリ４が許容可能な充電電力である充電許容電力Ｐ_ＬＩＭは、バッテリ４のＳＯＣの上昇に伴い、小さくなっていく。なお、この場合において、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰは、上述したように、供給可能電力Ｐ_ＭＡＸ（ステップＳ６）、または要求充電電力Ｐ_ＢＡＴ（ステップＳ７）に設定される。

そして、バッテリ４のＳＯＣが上昇していき、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上となると（ステップＳ４＝Ｙｅｓ）、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰは、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定され（ステップＳ９）、上述したステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ８〜Ｓ１０を繰り返すことにより、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭにて、バッテリ４の充電が行なわれていくこととなる。なお、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上となった時間をＴ_Ａとする。

そして、バッテリ４のＳＯＣが所定値ＳＯＣ_０以上となった時間Ｔ_Ａから、時間Ｔ_１１となるまで、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭにて、バッテリ４の充電が行なわれ、その後、時間Ｔ_１１において、空調制御アンプ９から、システム制御装置１０に、要求駆動電力Ｐ_ＡＣの送信が開始されることとなる。そして、この場合には、上述したステップＳ２において、ＰＴＣヒータ５に駆動電力を供給するための駆動電力供給要求がなされたと判定され、ステップＳ９において、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰは、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定されることとなる。すなわち、駆動電力供給要求がなされても、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰは、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに維持されることとなる。そして、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２の間において、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭにて、バッテリ４の充電、およびＰＴＣヒータ５の駆動が行なわれることとなる。

そして、車両室内の温度が目標温度に到達した後、時間Ｔ_１２において、ＰＴＣヒータ５の駆動が停止され、次いで、出発予定時刻である時間Ｔ_１３まで、上述したステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ８〜Ｓ１０を繰り返すことにより、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭにて、バッテリ４の充電が継続されることにより、バッテリ４が満充電とされる。

ここで、図６は、時間Ｔ_Ａ〜時間Ｔ_１２における、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。なお、図６においては、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力とを、積み上げて表示している。たとえば、時間Ｔ_Ｂにおいては、外部交流電源１００からバッテリ４に、充電電力として、Ｐ_ＬＩＭが供給されている状態を示している。また、時間Ｔ_Ｃにおいては、外部交流電源１００からバッテリ４に、充電電力として、Ｐ_Ａが供給され、かつ、外部交流電源１００からＰＴＣヒータ５に、駆動電力として、Ｐ_ＬＩＭ−Ｐ_Ａが供給されている状態を示している。さらに、時間Ｔ_Ｄにおいては、外部交流電源１００およびバッテリ４から、駆動電力として、Ｐ_ＬＩＭ＋｜Ｐ_Ｂ｜が供給されている状態を示している。すなわち、時間Ｔ_Ｄにおいては、バッテリ４は、放電状態となっていることを示している。また、図６においては、外部交流電源１００からバッテリ４の充電を行なう際におけるモードが、空調優先モードに設定されている例を示しており、そのため、ＰＴＣヒータ５の駆動するための使用許可電力Ｐ_ＰＥＲは、要求駆動電力Ｐ_ＡＣに設定されている。

図６に示すように、本実施形態では、時間Ｔ_Ａ〜時間Ｔ_１１（ＰＴＣヒータＯＦＦ時）においては、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定し、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰは、バッテリ４に供給され、バッテリ４の充電が行なわれる。

そして、本実施形態では、時間Ｔ_Ａ〜時間Ｔ_１１（ＰＴＣヒータＯＦＦ時）に引き続いて、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２（ＰＴＣヒータＯＮ時）においても、時間Ｔ_Ａ〜時間Ｔ_１１と同様に、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定したままとして、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、バッテリ４と、ＰＴＣヒータ５とに供給する。そして、図６に示すように、ＰＴＣヒータ５は、ＰＷＭ制御によりパルス駆動する第１のＰＴＣヒータと、一定電力の電力で駆動される第２のＰＴＣヒータと、から構成されるものであるため、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２における、ＰＴＣヒータ５の駆動電力は、一定の周期で変化することとなる。また、これに伴い、バッテリ４の充電電力も、変化することとなり、ＰＴＣヒータ５の駆動電力が最大となっている部分においては、バッテリ４は放電状態となっている。

そして、本実施形態では、このように時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２（ＰＴＣヒータＯＮ時）においても、時間Ｔ_Ａ〜時間Ｔ_１１と同様に、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定したままとすることで、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２において、バッテリ４の充電電力は、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭを超えないような状態に保つことができ、その結果として、バッテリ４の総電圧が、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えてしまうことを有効に防止することができ、バッテリ４の総電圧が、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えることにより引き起こされるバッテリ４の劣化を防止することができる。なお、図６においては、説明を簡略化するために、ＰＴＣヒータ５のパルス波については模式的に示しているが、パルス波の波形、デューティ比、周波数は、図６に示すようなものに限定されるものではない。

その一方で、図７に示す従来技術のように、ＰＴＣヒータをＯＮする際に、ＰＴＣヒータ５を駆動するための要求駆動電力Ｐ_ＡＣに応じて、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを上げた場合には、ＰＴＣヒータ５の駆動電力が最小となるタイミング（たとえば、時間Ｔ_Ｅ）において、バッテリ４に供給される充電電力が、バッテリ４が許容可能な充電電力である充電許容電力Ｐ_ＬＩＭを超えてしまうこととなる。そして、その結果として、バッテリ４の総電圧が、上述した充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えてしまい、バッテリ４が劣化してしまうこととなる。

加えて、図７に示す従来技術においては、時間Ｔ_１２において、ＰＴＣヒータをＯＦＦとした際に、ＰＴＣヒータ５に供給されていた電力が、バッテリ４に供給されてしまい、この場合においても、バッテリ４が許容可能な充電電力である充電許容電力Ｐ_ＬＩＭを超えてしまうこととなる。そして、この場合においても、同様に、バッテリ４の総電圧が、上述した充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えてしまい、バッテリ４が劣化してしまうこととなる。

これに対して、本実施形態によれば、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２（ＰＴＣヒータＯＮ時）においても、時間Ｔ_Ａ〜時間Ｔ_１１（ＰＴＣヒータＯＦＦ時）と同様に、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定したままとすることにより、これらの問題を有効に解決できるものである。

なお、図６に示すように、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２（ＰＴＣヒータＯＮ時）においては、ＰＴＣヒータ５の駆動電力が最大となっている部分（たとえば、時間Ｔ_Ｄ）においては、バッテリ４は放電状態となるため、ＳＯＣが低下してしまう場合も考えられる。特に、外部交流電源１００からバッテリ４の充電を行なう際におけるモードが、空調優先モードに設定されている場合には、そのような可能性が高くなると考えられる。しかし、その一方で、上述したように、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭは、ＳＯＣが低下すると高くなるような関係にあるため、バッテリコントローラ８により、ＳＯＣが低下した場合には、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭが高くなるように変更される。そのため、バッテリ４のＳＯＣが低下しても、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭが高くなるように変更され、それに伴い、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰも上がるため、そのような場合でも、バッテリ４のＳＯＣを維持することができる。そのため、図５に示すように、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２（ＰＴＣヒータＯＮ時）においても、バッテリ４のＳＯＣは維持されることとなる。なお、図５においては、時間Ｔ_１１〜時間Ｔ_１２においては、バッテリ４のＳＯＣおよび外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰが一定であるように示したが、実際には、「ＳＯＣの低下→充電許容電力Ｐ_ＬＩＭ（供給電力Ｐ_ＳＵＰ）の上昇→ＳＯＣの上昇→充電許容電力Ｐ_ＬＩＭ（供給電力Ｐ_ＳＵＰ）の低下→ＳＯＣの低下→・・・」を繰り返すことにより、一定の周期で、若干上下することとなる。

本実施形態においては、上述したように、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限している状態で、バッテリ４の充電を行なっている状態において、ＰＷＭ制御によりパルス駆動するＰＴＣヒータ５を駆動するための駆動要求がされた場合に、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限したまま、バッテリ４の充電およびＰＴＣヒータ５の駆動を行なう。そして、本実施形態によれば、ＰＴＣヒータ５を駆動するための駆動要求がされた場合に、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限したままとすることにより、図６に示すように、バッテリ４の充電電力が、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭを超えないような状態に保ちながら、ＰＴＣヒータ５の駆動を行うことができる。そして、バッテリ４の充電およびＰＴＣヒータ５の駆動を良好に行ないながら、その結果として、バッテリ４の総電圧が、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えてしまうことを有効に防止することができ、バッテリ４の総電圧が、充電上限電圧Ｖ_{Ｕ＿ＬＩＭ}を超えることにより引き起こされるバッテリ４の劣化を防止することができる。

加えて、本実施形態によれば、ＰＴＣヒータ５やその他の強電補機を駆動を行なう際にバッテリ４に、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限したままとすることにより、ＰＴＣヒータ５をＯＦＦとした場合に、ＰＴＣヒータ５の駆動に使用されていた電力が、バッテリ４に供給されることとなった場合でも、バッテリ４に供給される電力が、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭが超えてしまうことを有効に防止することもできる。さらに、ＰＴＣヒータ５のようなパルス駆動する補機の故障などにより、負荷への電力供給が遮断された場合においても、同様に、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭが超えてしまうことを有効に防止することもできる。

なお、上述した実施形態において、強電ライン２は本発明の強電ラインに、バッテリ４は本発明の車載バッテリに、ＰＴＣヒータ５は本発明の負荷に、バッテリコントローラ８は本発明の算出手段およびバッテリ電力要求手段に、空調制御アンプ９は本発明の負荷電力要求手段に、システム制御装置１０は本発明の制御手段に、それぞれ相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態では、ＰＴＣヒータ５の駆動をバッテリ４の充電よりも優先するような設定（空調優先モード）がされており、そのため、ＰＴＣヒータ５を駆動するための使用許可電力Ｐ_ＰＥＲを、要求駆動電力Ｐ_ＡＣに設定するような例を示したが、たとえば、ＰＴＣヒータ５の駆動よりもバッテリ４の充電を優先するような設定（充電優先モード）がされている場合には、図８に示すように、使用許可電力Ｐ_ＰＥＲを、ＰＴＣヒータ５のパルス駆動時の供給電力の最大値Ｐ_ＴＯＰが、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭよりも小さくなるような値に設定することができる。ＰＴＣヒータ５を駆動するための使用許可電力Ｐ_ＰＥＲを、このように設定することにより、ＰＴＣヒータ５の駆動に優先して、バッテリ４の充電を行なうことが可能となり、バッテリ４の充電時間を短縮することができる。

また、上述した実施形態では、本実施形態に係るバッテリ充電処理を、図３に示す場面例に適用した場合を例示したが、図３に示すような場面に特に限定されず、たとえば、本実施形態に係るバッテリ充電処理は、図９に示す場面例に適用することもできる。なお、図９に示す場面例は、まず、時間Ｔ_２０において、外部交流電源１００からの電力により、バッテリ４の充電を開始し、時間Ｔ_２１において、バッテリ４が満充電となったため、バッテリ４の充電を終了し、その後、出発時刻である時間Ｔ_２３よりも所定時間前の時間Ｔ_２２において、ＰＴＣヒータ５の駆動を開始し、出発時刻である時間Ｔ_２３まで、ＰＴＣヒータ５の駆動を継続している。

そして、図９に示すような場面例のようにバッテリ４の充電が行なわれていない場合でも、上述した実施形態と同様に、図１０、図１１に示すように、時間Ｔ_２２〜時間Ｔ_２３（ＰＴＣヒータＯＮ時）においては、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定して（供給電力Ｐ_ＳＵＰを充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限したまま）、ＰＴＣヒータ５の駆動を行なう。なお、図１０は、空調優先モードにおける、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図であり、図１１は、充電優先モードにおける、バッテリ４に供給される充電電力と、ＰＴＣヒータ５に供給される駆動電力との関係を示す図である。なお、図１０、図１１においては、図６の場合と比較して、バッテリ４は、より満充電に近い状態となっているため、図６の場合と比較して、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭが小さいものとなっている。

また、上述した実施形態では、ＰＴＣヒータ５を駆動する際における、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに設定したままとするような構成を例示したが、ＰＴＣヒータ５を駆動する際における、外部交流電源１００から供給される供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに代えて、次のようにして算出された所定の電力Ｐ_ＣＵＬＣを用いてもよい。
なお、所定の電力Ｐ_ＣＵＬＣは、システム制御装置１０により、次の方法により算出される。

すなわち、まず、システム制御装置１０は、空調制御アンプ９から、ＰＴＣヒータ５を駆動するための要求駆動電力Ｐ_ＡＣを受信し、要求駆動電力Ｐ_ＡＣに基づいて、ＰＴＣヒータ５を駆動した場合における、ＰＴＣヒータ５のパルス駆動時の消費電力の最小値Ｐ_ＢＯＴ（図８参照）を算出し、これを最小駆動電力Ｐ_ＭＩＮとして設定する。

次いで、システム制御装置１０は、充電装置３から、供給可能電力Ｐ_ＭＡＸを、また、バッテリコントローラ８から、要求充電電力Ｐ_ＢＡＴを取得し、これらの差を求めることで、余剰電力Ｐ_ＲＥＳを算出する。

そして、システム制御装置１０は、余剰電力Ｐ_ＲＥＳの範囲内であり、かつ、上記にて設定した最小駆動電力Ｐ_ＭＩＮ以下の電力を、駆動目標電力Ｐ_ＴＡＲとして算出し、算出した駆動目標電力Ｐ_ＴＡＲと、バッテリ許容電力Ｐ_ＬＩＭと、を合計することで、所定の電力Ｐ_ＣＵＬＣは、算出される。

バッテリ４の充電を行ないながら、ＰＴＣヒータ５を駆動する際における、外部交流電源１００から供給する電力を、上記のようにして算出される所定の電力Ｐ_ＣＵＬＣとすることにより、ＰＴＣヒータ５の駆動による、バッテリ４へ供給される充電電力の減少量を抑えながら、バッテリ４の充電電力が、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭを超えないような状態に保つことができる。

また、上述した実施形態では、負荷として、ＰＴＣヒータ５を例示して説明したが、ＰＴＣヒータ５に特に限定されず、ＰＴＣヒータ５以外のパルス駆動される補機、あるいはその他の各種負荷を用いた場合でも同様な構成とすることができるのはもちろんである。このようにパルス駆動される補機以外の負荷を使用した場合においても、上述した実施形態と同様に、外部交流電源１００からの供給電力Ｐ_ＳＵＰを、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭに制限したままとすることにより、たとえば、このような負荷の故障などにより、負荷への電力供給が遮断された場合に、負荷の駆動に使用されていた電力が、バッテリ４に供給されることとなった場合でも、バッテリ４に供給される電力が、充電許容電力Ｐ_ＬＩＭが超えてしまうことを有効に防止できるという効果を奏することができる。

１…バッテリ充電システム
２…強電ライン
３…充電装置
４…バッテリ
５…ＰＴＣヒータ
８…バッテリコントローラ
９…空調制御アンプ
１０…システム制御装置
１００…外部交流電源

Claims (6)

1. 外部電源と電気的に接続可能な強電ラインと、
   前記強電ラインと電気的に接続され、前記強電ラインを介して供給される電力によって充電可能な車載バッテリと、
   前記強電ラインと電気的に接続され、前記強電ラインを介して電力が供給可能なパルス駆動する負荷と、
   前記車載バッテリが許容可能な充電電力を、バッテリ許容電力として算出する算出手段と、
   前記車載バッテリへの充電電力の供給を要求するバッテリ電力要求手段と、
   前記負荷への電力の供給を要求する負荷電力要求手段と、
   前記バッテリ電力要求手段からの要求充電電力および前記負荷電力要求手段からの要求電力に基づいて、前記車載バッテリおよび前記負荷に供給する前記外部電源からの供給電力を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記外部電源から、前記車載バッテリに供給するための電力を、前記バッテリ許容電力に制限し、
   前記負荷電力要求手段から前記負荷への電力の供給の要求がされた場合には、前記外部電源からの供給電力を、前記バッテリ許容電力に制限したまま、前記外部電源からの供給電力を前記車載バッテリおよび前記負荷に分配することを特徴とするバッテリ充電システム。
2. 請求項１に記載のバッテリ充電システムにおいて、
   前記制御手段は、前記車載バッテリのＳＯＣが所定値以上である場合であり、かつ、前記負荷電力要求手段から前記負荷への電力の供給の要求がされた場合に、前記外部電源からの供給電力を、前記バッテリ許容電力に制限したまま、前記外部電源からの供給電力を前記車載バッテリおよび前記負荷に分配することを特徴とするバッテリ充電システム。
3. 請求項１または２に記載のバッテリ充電システムにおいて、
   前記制御手段は、前記車載バッテリが許容可能な充電電力を、バッテリ許容電力に制限した状態で、前記負荷電力要求手段から前記負荷への電力の供給を行っている際に、前記算出手段により前記バッテリ許容電力が変更された場合には、変更後のバッテリ許容電力を用いて、前記車載バッテリが許容可能な充電電力を制限することを特徴とするバッテリ充電システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のバッテリ充電システムにおいて、
   前記制御手段は、前記負荷への電力供給を優先する設定がされている場合には、前記負荷電力要求手段からの要求電力を、前記負荷に供給することを特徴とするバッテリ充電システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のバッテリ充電システムにおいて、
   前記制御手段は、前記車載バッテリの充電を優先する設定がされている場合には、前記負荷の供給電力の最大値が、前記バッテリ許容電力より小さくなるように、前記負荷への供給電力を制御することを特徴とするバッテリ充電システム。
6. 外部電源と電気的に接続可能な強電ラインと、
   前記強電ラインと電気的に接続され、前記強電ラインを介して供給される電力によって充電可能な車載バッテリと、
   前記強電ラインと電気的に接続され、前記強電ラインを介して電力が供給可能なパルス駆動する負荷と、
   前記車載バッテリが許容可能な充電電力を、バッテリ許容電力として設定する設定手段と、
   前記車載バッテリへの充電電力の供給を要求するバッテリ電力要求手段と、
   前記負荷への電力の供給を要求する負荷電力要求手段と、
   前記バッテリ電力要求手段からの要求充電電力および前記負荷電力要求手段からの要求電力に基づいて、前記車載バッテリおよび前記負荷に供給する前記外部電源からの供給電力を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記負荷電力要求手段から前記負荷への電力の供給の要求がされた場合に、前記負荷電力要求手段からの要求電力に基づいて、前記要求電力で前記負荷を駆動した場合における、前記負荷のパルス駆動時の供給電力の最小値を、最小駆動電力として算出し、
   前記外部電源が供給可能な電力と、前記車載バッテリに供給されている電力との差で求められる余剰電力の範囲内であり、かつ、前記最小駆動電力以下の電力を、負荷供給目標電力として算出し、
   前記バッテリ許容電力と、前記負荷供給目標電力との合計電力を、前記外部電源から供給する電力に設定し、前記外部電源からの供給電力を前記車載バッテリおよび前記負荷に分配することを特徴とするバッテリ充電システム。

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