JP2013013248A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電効率の向上を図る。
【解決手段】電源から供給される受電電力Ｗｉｎを充電器１２で昇圧してバッテリ１１へ入力させる充電システムに適用され、充電器１２に送風して充電器温度Ｔを低下させることにより、充電器１２で生じる熱損失（充電器損失Ｗｃｌ）を低減させる冷却器１５（充電器損失低減手段）と、充電終了までにおける受電電力Ｗｉｎの総量に対するバッテリ蓄電エネルギＷｂの割合である充電効率に応じて、冷却器１５による充電器損失Ｗｃｌの低減量を制御するＥＣＵ１３（損失低減量制御手段）と、を備える。これによれば、冷却により充電器損失Ｗｃｌの低減を過剰に促進させた結果、冷却消費エネルギＷｃｃが増大して却って充電効率が悪くなる、といった不具合を回避して、充電効率を効果的に向上できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源から供給される受電電力を充電器で昇圧してバッテリへ入力させる充電システムに適用された、充電制御装置に関する。

例えば、１００Ｖまたは２００Ｖ等の外部電源により充電してバッテリ走行する電気自動車においては、外部電源から供給される受電電力を充電器で昇圧してバッテリへ入力させるのが一般的である。そして、このような充電器を構成する昇圧回路や整流回路等は、充電作動時に発熱する。そのため、特許文献１等に記載の充電制御装置では、充電器の温度上昇に伴い受電電力を制限して、充電器が熱損傷しないように保護している。

しかし近年では、このような保護機能をさらに進歩させて、充電効率を向上させることが充電制御装置に求められている。すなわち、充電終了までにおける受電電力の総量に対する、バッテリ蓄電エネルギの割合（充電効率）を高めることが求められている。

特開２００４−２０８３４９号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、充電効率の向上を図った充電制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、電源から供給される受電電力を充電器で昇圧してバッテリへ入力させる充電システムに適用され、前記充電器で生じる熱損失を低減させる充電器損失低減手段と、充電終了までにおける前記受電電力の総量に対するバッテリ蓄電エネルギの割合である充電効率に応じて、前記充電器損失低減手段による前記熱損失の低減量を制御する損失低減量制御手段と、を備えることを特徴とする。

充電器で生じる熱損失を低減させることで充電効率を向上させることを本発明者らが検討したところ、充電器で生じる熱損失（充電器損失）を低減させればさせるだけ充電効率が向上するものではなく、充電器損失の低減量には最適範囲が存在し、この最適範囲を超えて充電器損失低減を進めていくと、却って充電効率が悪化する場合のあることを見出した。

例えば、充電器損失低減手段が、充電器を冷却することで充電器での熱損失を低減させる冷却手段である場合において、冷却手段の駆動により充電器損失を低減できるものの、冷却度合いを大きくするほど、冷却手段の駆動に要する電力の消費量が増大していく。したがって、冷却度合いを大きくすればするほど充電効率を向上できるものではない。

また、例えば、充電器損失低減手段が、受電電力を低下させることで充電器での熱損失を低減させる手段である場合において、このような受電電力低下により充電器損失を低減できるものの、受電電力を低下させるほど充電時間が長くなる。そのため、充電システムの運転に要する電力の消費量が増大していく。したがって、受電電力を低下させればさせるほど充電効率を向上できるものではない。

以上による本発明者らの検討に基づき、上記発明では、充電終了までにおける受電電力の総量に対するバッテリ蓄電エネルギの割合（充電効率）に基づき、充電器での熱損失の低減量を制御するので、充電器損失の低減量が最適範囲となるように制御して、充電効率を効果的に向上させることができる。

請求項２記載の発明では、前記充電器損失低減手段は、前記充電器を冷却することで前記熱損失を低減させる冷却手段を有し、前記損失低減量制御手段は、前記冷却による前記熱損失の低減量が前記冷却手段の駆動で消費されるエネルギより多くなるように、前記冷却手段による冷却度合を制御する冷却制御手段を有することを特徴とする。

上記発明によれば、冷却手段の冷却による充電器の熱損失の低減量が、冷却手段の駆動で消費されるエネルギより多くなるように、冷却手段による冷却度合を制御する。そのため、冷却による充電器の熱損失低減を過剰に促進させた結果、冷却手段の駆動で消費されるエネルギが増大して却って充電効率が悪くなる、といった不具合を回避して、充電効率を効果的に向上できる。

請求項３記載の発明では、前記冷却制御手段は、前記冷却手段による冷却風と前記充電器との温度差に応じて、前記冷却消費エネルギを変化させることを特徴とする。

ここで、冷却消費エネルギが同じであっても、冷却風と充電器との温度差が大きい場合であるほど、充電器の冷却量（温度低下量）は多くなる。そのため、前記温度差が大きい場合であるほど、充電効率が最大となる冷却消費エネルギは大きい値となる（図２（ｄ）参照）。この点を鑑みた上記発明では、冷却風と充電器との温度差に応じて冷却消費エネルギを変化させるので、冷却消費エネルギを制御することで充電効率を目標値に制御することを、高精度で実現できる。

請求項４記載の発明では、前記充電効率の向上を充電時間の短縮よりも優先させる効率優先モードと、前記充電時間の短縮を前記充電効率の向上よりも優先させる時間優先モードとが切り替え可能に構成され、前記冷却制御手段は、前記時間優先モードに設定されている場合には、前記効率優先モードに設定されている場合に比べて前記バッテリへ入力される充電電力が増大するよう、前記冷却消費エネルギを設定することを特徴とする。

ここで、充電器損失の低減を促進させるべく冷却消費エネルギを過剰に大きくすると、その分バッテリへ入力される充電電力は少なくなり、充電時間は長くなる。一方、冷却消費エネルギを過剰に小さくすると、充電器損失の増大に伴い充電電力が少なくなり、ひいては充電時間が長くなる。したがって、充電時間を短くするには、充電電力が増大できるような適度な値に冷却消費エネルギを設定する必要がある。この点を鑑みた上記発明では、時間優先モードに設定されている場合には、効率優先モードに設定されている場合に比べて充電電力が増大するよう、冷却消費エネルギを設定するので、充電効率向上と充電時間短縮のバランスを、運転者の要求に合わせて調整することができる。

請求項５記載の発明では、前記充電器損失低減手段は、前記受電電力を低下させることで前記熱損失を低減させる受電電力低下手段を有し、前記損失低減量制御手段は、前記受電電力の低下に伴い充電時間が長くなることによる前記充電システムの運転消費エネルギ増大分と、前記受電電力を低下させることによる前記熱損失の低減分とのバランスに基づき、前記充電効率が所定値以上となるように、前記受電電力低下手段による受電電力低下量を制御する低下量制御手段を有することを特徴とする。

ここで、受電電力を低下させれば、充電器での熱損失を低減できるものの、充電時間が長くなる。すると、充電終了までにおける充電システムの運転消費エネルギ（例えば電子制御装置やインバータ回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の、充電器以外の補機で消費されるエネルギ）が多くなる。この点を鑑みた上記発明では、受電電力の低下に伴い充電時間が長くなることによる充電システムの運転消費エネルギ増大分と、受電電力を低下させることによる熱損失低減分とのバランスに基づき、充電効率が所定値以上となるように受電電力低下量を制御する。そのため、受電電力低下による充電器での熱損失低減を過剰に促進させた結果、充電システムの運転消費エネルギが増大して却って充電効率が悪くなる、といった不具合を回避して、充電効率を効果的に向上できる。

請求項６記載の発明では、前記低下量制御手段は、前記充電器の温度および雰囲気温度の少なくとも一方に応じて、前記受電電力低下量を変化させることを特徴とする。

ここで、上述したバランス、つまり充電システムの運転消費エネルギ増大分と熱損失低減分とのバランスは、充電器の温度や雰囲気温度で変化する（図５（ｄ）参照）。この点を鑑みた上記発明では、充電器の温度および雰囲気温度の少なくとも一方に応じて受電電力低下量を変化させるので、受電電力低下量を制御することで充電効率を目標値に制御することを、高精度で実現できる。

請求項７記載の発明では、前記充電効率の向上を充電時間の短縮よりも優先させる効率優先モードと、前記充電時間の短縮を前記充電効率の向上よりも優先させる時間優先モードとが切り替え可能に構成され、前記低下量制御手段は、前記時間優先モードに設定されている場合には、前記効率優先モードに設定されている場合に比べて前記受電電力低下量を少なくすることを特徴とする。

ここで、充電器損失の低減を促進させるべく受電電力低下量を多くするほど、その分バッテリへ入力される充電電力は少なくなり、充電時間は長くなる。したがって、受電電力低下量を少なくするほど充電時間を短くできると言える。この点を鑑みた上記発明では、時間優先モードに設定されている場合には、効率優先モードに設定されている場合に比べて受電電力低下量を少なくするので、充電効率向上と充電時間短縮のバランスを、運転者の要求に合わせて調整することができる。

請求項８記載の発明では、前記充電効率の向上を充電時間の短縮よりも優先させる効率優先モードと、前記バッテリの劣化抑制を前記充電効率の向上よりも優先させる寿命優先モードとが切り替え可能に構成され、前記低下量制御手段は、前記寿命優先モードに設定されている場合には、前記効率優先モードに設定されている場合に比べて前記受電電力低下量を多くすることを特徴とする。

ここで、バッテリへ入力する充電電流の値が高いほど、バッテリの劣化が促進されてしまう。しかし、バッテリ劣化抑制を図るべく受電電力を少なくすると、充電時間が長くなることに起因して充電システム運転消費エネルギの増大を招き、ひいては充電効率が低下する場合がある。この点を鑑みた上記発明では、寿命優先モードに設定されている場合には、効率優先モードに設定されている場合に比べて受電電力低下量を多くするので、充電効率向上とバッテリ劣化抑制のバランスを、運転者の要求に合わせて調整することができる。

本発明の一実施形態を示す充電制御装置、およびその装置が適用される充電システムを示す図。 冷却消費エネルギＷｃｃの最適値を説明する図。 図２に基づき設定されたＷｃｃ算出マップを示す図。 図３のマップに基づき冷却器を制御することによる効果を説明する図。 受電電力Ｗｉｎの最適値を説明する図。 図５に基づき設定されたＷｉｎ算出マップを示す図。 図６のマップに基づき受電電力Ｗｉｎを制御することによる効果を説明する図。 バッテリ入力電流Ｉｂとバッテリ劣化進行度合いとの関係を示す特性図。 図３のマップおよび図６のマップに基づき、冷却消費エネルギＷｃｃおよび受電電力Ｗｉｎを制御しながら充電する処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明にかかる充電制御装置を、車両用の充電システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１中の一点鎖線に示す車両１０は、バッテリ１１を走行駆動源としてモータ走行する電気自動車であり、外部電源２０から供給される受電電力を充電器１２によりバッテリ１１へ充電させる。なお、上記車両１０の他の例として、外部電源２０からバッテリ充電するシステムと内燃機関の両方を有したハイブリッド自動車が挙げられる。

外部電源２０は、商用１００Ｖまたは２００Ｖの交流電力であり、充電器１２は、交流電力を直流に変換する整流回路や、整流した電力を昇圧する昇圧回路等を備えて構成されている。バッテリ１１は、車両１０に搭載された走行用モータ（図示せず）へ電力供給する。

また、図１に示す充電システムは、電子制御装置（ＥＣＵ１３）やインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の補機１４や、バッテリ１１を冷却する冷却器１５を備えている。補機は、充電器１２から出力される電力の一部を電源として作動し、冷却器１５は受電電力の一部を電源として作動する。したがって、補機１４で消費されるエネルギ（補機消費エネルギ）および冷却器１５で消費されるエネルギ（冷却消費エネルギ）が多くなれば、その分、バッテリ１１へ蓄積される充電エネルギは少なくなる。

図に示す冷却器１５は、送風ファンにより空気をバッテリ１１へ送風するものであるが、熱交換器により冷却した冷風をバッテリ１１へ送風するように構成された冷却器１５を採用してもよい。なお、以下の説明において、冷却器１５による冷却風の温度をＴｘと記載するが、熱交換器を有していない本実施形態においては、冷却風温度Ｔｘは外気温度Ｔａと同じである。

ＥＣＵ１３は、バッテリ１１から走行用モータへ供給する電力量を制御する。また、充電制御装置としても機能するＥＣＵ１３（受電電力低下手段、充電器損失低減手段）は、外部電源２０から充電器１２へ供給される受電電力（具体的には受電電力の電流値である受電電流Ｉｉｎ（ｔ））を制御するとともに、冷却器１５の作動（具体的には送風ファンの回転速度）を制御する。

ここで、充電開始から充電終了までにおける受電電力Ｗｉｎの総量（受電エネルギ）に対する、バッテリ蓄電エネルギの割合を、充電効率と呼ぶ。また、バッテリ蓄電エネルギＷｂに、以下に例示する各種損失Ｗｃｃ，Ｗｃｌ，Ｗｓｃを加算した値が、受電電力総量（受電エネルギ）に相当する。Ｗｃｃは冷却器１５で消費されるエネルギ（冷却消費エネルギＷｃｃ）に相当する損失である。Ｗｃｌは充電器１２の発熱による熱損失（充電器損失Ｗｃｌ）である。Ｗｓｃは補機１４で消費されるエネルギ（補機消費エネルギＷｓｃ）に相当する損失である。

そして、上述した冷却器１５の制御および受電電力Ｗｉｎの制御は、充電効率が所定値以上になるように制御しており、これらの制御手法については、以下に説明する。

先ず、図１を用いて受電電力Ｗｉｎ、各種損失Ｗｃｃ，Ｗｃｌ，Ｗｓｃおよびバッテリ蓄電エネルギＷｂの収支関係を説明すると、Ｗｉｎ＝Ｗｃｃ＋Ｗｃｌ＋Ｗｓｃ＋Ｗｂとなる。そして、Ｗｂ／Ｗｉｎが充電効率である。つまり、各種損失Ｗｃｃ，Ｗｃｌ，Ｗｓｃの合算値を低減させることが充電効率の向上に繋がる。

なお、これらの収支関係を電圧一定と見なした電流値で説明すると、受電電流Ｉｉｎの一部は冷却器１５に流れるため、冷却器１５で用いられる電流（冷却消費電流Ｉａ１）を受電電流Ｉｉｎから減算した値が、充電器１２へ供給される受電電力Ｗｉｎの電流（充電器入力電流Ｉｃ）となる。そして、充電器損失Ｗｃｌの電流換算値（充電器損失電流Ｉｃｌ）と、補機消費エネルギ補機１４で消費される電流換算値（補機消費電流Ｉａ２）を、充電器入力電流Ｉｃから減算した値が、バッテリ１１へ入力される電流値（バッテリ入力電流Ｉｂ）となる。

上述した「冷却器１５の制御」および「受電電流Ｉｉｎの制御」のうち、先ずは、冷却器１５の制御（送風ファン回転速度の制御）の内容と、その制御による効果について、図２〜図４を用いて以下に説明する。

図２（ａ）に示すように、充電器１２の温度（充電器温度Ｔ）が高くなるほど、充電器１２で生じる発熱量が多くなり充電器損失Ｗｃｌが大きくなる。したがって、冷却器１５を作動させて充電器温度Ｔを低下させれば充電器損失Ｗｃｌを少なくできる。また、冷却器１５の送風ファンの回転速度を上昇させるほど、充電器温度Ｔの低下が促進される。但し、回転速度を上昇させれば、その分だけ冷却消費エネルギＷｃｃが大きくなる。

図２（ｂ）は、充電器温度Ｔと外気温度Ｔａとの差分（充電器の外気温度差ΔＴ）が大きいほど、充電器温度Ｔを目標温度低下量ｄＴだけ低下させるのに必要な冷却消費エネルギＷｃｃが小さくなることを示す。また、目標温度低下量ｄＴが大きいほど、必要な冷却消費エネルギＷｃｃも大きくなることを示す。

図２（ｃ）は、冷却器１５のファン回転速度と、充電器損失Ｗｃｌおよび冷却消費エネルギＷｃｃとの関係を示すグラフであり、初期の充電器温度Ｔが一定であるとの条件であれば、図２（ａ）（ｂ）の内容から図２（ｃ）の結果が得られることが分かる。すなわち、当該グラフは、ファン回転速度を高くするほど、充電器損失Ｗｃｌの低減量ΔＷｃｌは大きくなり、しかも、充電器の外気温度差ΔＴが大きいほど、その低減量ΔＷｃｌは大きくなることを表す。また、ファン回転速度を高くするほど、冷却消費エネルギＷｃｃの増加量ΔＷｃｃが大きくなることを表す。ちなみに、図中の横軸上に示す一点鎖線は、ファン回転速度の最大値（ファン能力の限界点）を示す。

図２（ｄ）は、図２（ｃ）から導き出されるグラフであり、充電器損失Ｗｃｌの低減量ΔＷｃｌから冷却消費エネルギＷｃｃの増加量ΔＷｃｃを減算した値（ΔＷｃｌ−ΔＷｃｃ）を縦軸とし、冷却消費エネルギＷｃｃの値を横軸とする。このグラフは、冷却消費エネルギＷｃｃを所定の値にした時に、ΔＷｃｌ−ΔＷｃｃがピーク値となり充電効率が最大となることを表す。また、充電器１２の外気温度差ΔＴが大きいほどΔＷｃｌ−ΔＷｃｃのピーク値は高くなり、充電効率が向上することを表す。図中の一点鎖線Ｌ１は、充電器の外気温度差ΔＴに応じて変化する前記ピーク値を示す。

各種損失Ｗｃｃ，Ｗｃｌ，Ｗｓｃの合算値を低減させることが充電効率の向上に繋がることは先述した通りであるが、図２（ｄ）では要するに、冷却器１５による送風量を多くすればＷｃｌを低減できるもののＷｃｃが増加するので、冷却風を多くするほど充電効率が向上するという訳ではなく、送風量の最適範囲（またはピーク値）が存在することを表している。そしてその最適範囲は、充電器１２の外気温度差ΔＴに応じて変化することを表している。

なお、図２（ｅ）は、単位時間当たりの充電器温度上昇量ｄＴ／ｄｔを示す式であり、式中の符号Ｃは充電器１２の熱容量、Ｒは充電器１２の内部抵抗、Ｔは充電器温度、Ｔｘは冷却風温度、Ｔａは外気温度（本実施形態ではＴｘ＝Ｔａ）、Ｉｃは充電器入力電流、αは冷却風と充電器１２との熱伝達率、Ｓは充電器１２の冷却面積を示す。そして、式中のＡ項は充電器１２の発熱量を示し、Ｂ項は送風ファンにより送風された冷却風による放熱量を示し、Ｃ項は外気による放熱量を示す。

図３は、冷却消費エネルギＷｃｃ（冷却器１５への供給エネルギ）の最適値が記憶されたマップであり、図２を用いて説明した上記知見を鑑みて、充電器の外気温度差ΔＴおよび外気温度Ｔａと関連付けて記憶されている。すなわち、前記最適値は、図２（ｄ）中の一点鎖線Ｌ１上の値であり、充電効率を最大にする冷却消費エネルギＷｃｃの値に設定されている。具体的には、充電器の外気温度差ΔＴが大きいほど、ピーク値となるＷｃｃは大きくなっていくので（図３（ｄ）参照）、図３のマップにおいてΔＴが大きいほどＷｃｃの値を大きく設定している。

なお、図２（ｄ）中の網点は、充電器損失低減量が冷却消費エネルギＷｃｃよりも多くなる領域を表しており、この領域の範囲内で冷却消費エネルギＷｃｃの最適値を設定している。したがって、図３のマップのうち、充電器の外気温度差ΔＴが所定値よりも小さい領域、つまり点線Ｌ２より左側の領域では、冷却消費エネルギＷｃｃをゼロに設定しており、冷却器１５の作動を停止させる。

ちなみに、図３中の網点を付した領域においては、充電器１２が熱損傷することから保護するように冷却器１５が機能する領域である。一方、図３中の斜線を付した領域においては、充電効率を向上させるように冷却器１５が機能する領域である。そして、熱損傷保護の領域において、外気温度Ｔａが高いほどＷｃｃの値を大きくして熱損傷から確実に保護させるようにしている。

図４は、図３のマップに基づき設定した冷却消費エネルギＷｃｃとなるよう冷却器１５の作動を制御した場合における、損失合計低減および充電時間短縮の効果を表す図である。

図３のマップにしたがって冷却器１５の作動を制御することにより、図４（ａ）の縦軸上の矢印に示すように充電にかかる損失合計を低減することができる。ここで言う「損失」とは、単位時間当たりにおける冷却消費エネルギＷｃｃ、充電器損失Ｗｃｌおよび補機消費エネルギＷｓｃの各々のことである。また、「損失合計」とは、単位時間当たりの各損失Ｗｃｃ，Ｗｃｌ，Ｗｓｃを合算した値のことであり、図４（ａ）に示す三角形の高さに相当する。

つまり、図３のマップにしたがって、充電効率が最大となるように冷却消費エネルギＷｃｃを設定して冷却器１５を制御すれば、図４（ａ）の縦軸に示すように、冷却消費エネルギＷｃｃが増大するものの充電器損失Ｗｃｌが低減する。そして、Ｗｃｃの増大分よりもＷｃｌの低減分の方が多いので、結果的に損失合計（三角形の高さ）が低減され、ひいては充電効率が向上する。

また、このように充電効率が向上した結果、図４の横軸上の矢印に示すように充電時間の短縮を図ることもできる。なお、損失量は、単位時間当たりの損失を充電時間で積分して算出される（図４（ｂ）参照）。よって、充電時間が長くなるほど、損失量（図４（ａ）に示す三角形の高さ）は大きくなる。

次に、上述した「冷却器１５の制御」および「受電電流Ｉｉｎの制御」のうち、受電電流Ｉｉｎの制御の内容と、その制御による効果について、図５〜図７を用いて以下に説明する。

図５（ａ）に示すように、受電電力Ｗｉｎが一定であるとの条件下において、充電時間を短くするほど補機消費エネルギＷｓｃを少なくできる。そして、受電電流Ｉｉｎを増加させて受電電力Ｗｉｎを増加させれば、充電時間を短くできる（図５（ｂ）参照）。要するに、受電電力Ｗｉｎを増加させれば、充電時間を短くでき、ひいては補機消費エネルギＷｓｃを少なくできると言える。しかしながら、このように受電電力Ｗｉｎを増加させれば、充電器損失Ｗｃｌが増大する（図５（ｃ）参照）。

図５（ｄ）は、受電電力Ｗｉｎと充電効率との関係を示すグラフであり、図５（ａ）〜（ｃ）の内容から図５（ｄ）の結果が得られることが分かる。すなわち、当該グラフは、受電電力Ｗｉｎを所定の値にした時に、充電効率がピーク値（最大）となることを表す。また、充電器温度Ｔが低いほど充電効率のピーク値は高くなり、充電効率が向上することを表す。図中の一点鎖線Ｌ３は、充電器温度Ｔに応じて変化する前記ピーク値を示す。

各種損失Ｗｃｃ，Ｗｃｌ，Ｗｓｃの合算値を低減させることが充電効率の向上に繋がることは先述した通りであるが、図５（ｄ）では要するに、前記ピーク値Ｌ３よりも受電電力Ｗｉｎが少ない領域においては、受電電力Ｗｉｎの増加による補機消費エネルギＷｓｃの低減量が、受電電力Ｗｉｎの増加による充電器損失Ｗｃｌの増大量よりも多い。そのため、受電電力Ｗｉｎの増加に伴い充電効率も上昇していく。一方、前記ピーク値Ｌ３よりも受電電力Ｗｉｎが多い領域においては、受電電力Ｗｉｎの増加による補機消費エネルギＷｓｃの低減量が、受電電力Ｗｉｎの増加による充電器損失Ｗｃｌの増大量よりも少ない。そのため、受電電力Ｗｉｎの増加に伴い充電効率は低下していく。

図６は、受電電力冷却消費エネルギＷｃｃの最適値が記憶されたマップであり、図２を用いて説明した上記知見を鑑みて、充電器の外気温度差ΔＴおよび外気温度Ｔａと関連付けて記憶されている。すなわち、前記最適値は、図５（ｄ）中の一点鎖線Ｌ３上の値であり、充電効率を最大にする受電電力のことである。

具体的には、充電器温度Ｔが低いほど、ピーク値となる受電電力は高くなっていくので（図５（ｄ）参照）、図６のマップにおいて充電器温度Ｔが低いほど受電電力の値を高く設定している。また、外気温度Ｔａが低いほど充電器１２からの放熱量が多くなることを鑑みて、外気温度Ｔａが低いほど受電電力の値を高く設定している。

図７は、図６のマップに基づき設定した受電電力（受電電流Ｉｉｎ）となるよう充電器１２の作動を制御した場合における、損失合計低減の効果を表す図である。

図６のマップにしたがって冷却器１５の作動を制御することにより、図７（ａ）の縦軸上の矢印に示すように充電にかかる損失合計を低減することができる。なお、前記「損失合計」の定義は図４と同じである。つまり、図６のマップにしたがって、充電効率が最大となるように受電電力（受電電流Ｉｉｎ）を制御すれば、図７（ａ）の縦軸に示すように、冷却消費エネルギＷｃｃおよび充電器損失Ｗｃｌが低減する。そのため、損失合計（三角形の高さ）が低減して充電効率が向上する。

但し、このように充電効率が向上することの背反として、図７の横軸上の矢印に示すように充電時間が増加する。そのため、図７（ｂ）に示す損失量、つまり、単位時間当たりの損失を充電期間で積算した値であって、図７（ａ）に示す三角形の高さは、充電時間の増加分に比例して大きくなる。但し、充電時間増加に伴い生じた損失量の増量分（図７（ａ）中の符号ΔＷ参照）は、損失合計低減に伴い生じた損失量の減少分よりも少ない。よって、単位時間当たりの損失合計を充電期間で積算した値であって、図７（ａ）に示す三角形の高さに相当する値は低減する。

次に、損失合計を低減させる２つの手法、すなわち「冷却器１５の制御」および「受電電流Ｉｉｎの制御」の作用原理の違いについて、図４（ｃ）および図７（ｃ）を用いて説明する。これらの図面は、受電電流Ｉｉｎと充電器損失Ｗｃｌとの関係を示しており、受電電流Ｉｉｎの増加に伴い充電器損失Ｗｃｌが増大し、また、充電器温度Ｔが高いほど充電器損失Ｗｃｌが増大することを表している。

そして、「冷却器１５の制御」によれば、図４（ｃ）中の一点鎖線に示すように、冷却器１５で充電器温度Ｔを低下させることにより充電器損失Ｗｃｌを低下させて、充電効率を向上させている。一方、「受電電流Ｉｉｎの制御」によれば、図７（ｃ）中の一点鎖線に示すように、受電電流Ｉｉｎを低下させることにより充電器損失Ｗｃｌを低下させて、充電効率を向上させている。

ところで、バッテリ入力電流Ｉｂが大きいほど、バッテリ１１の劣化進行は促進される（図８参照）。また、バッテリ入力電流Ｉｂが所定の閾値Ｉｂｔｈを超えると急激に劣化進行が促進されるようになる。そのため、バッテリ入力電流Ｉｂが閾値Ｉｂｔｈを超えないように制限することはバッテリ１１の劣化抑制を図る上で有効である。よって、例えば図６のマップに基づき設定した受電電力が所定値を超えないように制限することで、バッテリ劣化抑制を図るようにしてもよい。

また、車両ユーザによっては、充電効率の向上よりも短時間で充電を完了させることを優先させたい場合がある。このように、充電時間短縮を図りたい場合には、図６のマップに基づき設定した受電電力を増大するように補正して、バッテリ入力電流Ｉｂを増大させてもよい。或いは、図３のマップに基づき設定した冷却消費エネルギ（冷却器１５への供給エネルギ）を減少するように補正して、バッテリ入力電流Ｉｂを増大させてもよい。

要するに、充電効率向上、充電時間短縮およびバッテリ劣化抑制のいずれを優先させるかに応じて、冷却器１５への供給エネルギと受電電力を変更することが望ましい。但し、充電効率を所定以上に維持させつつ、充電時間短縮およびバッテリ劣化抑制を図ることが望ましい。具体的には、例えば図２（ｄ）中の点線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの範囲内に制限しつつ、ピーク値Ｌ１を補正した値に冷却消費エネルギＷｃｃを設定すればよい。また、図５（ｄ）中の点線Ｌ３ａ，Ｌ３ｂの範囲内に制限しつつ、ピーク値Ｌ３を補正した値に受電電力を設定すればよい。

なお、前記補正を実施するにあたり、図３及び図６のマップから設定したＷｃｃ及び受電電力を補正してもよいし、補正済みの値が記憶された複数のマップを予め準備しておき、補正内容に応じて使用するマップを切り替えるようにしてもよい。

本実施形態に係る車両１０には、車両運転者により操作されるモード切替スイッチ１６（図１参照）が備えられている。このモード切替スイッチ１６は、充電効率向上を優先させる効率優先モードと、充電時間短縮を優先させる時間優先モードと、バッテリ劣化抑制を優先させる寿命優先モードとを選択するスイッチである。

図９は、ＥＣＵ１３が有するマイクロコンピュータによる、モード選択に応じた冷却器１５および受電電流Ｉｉｎの制御の手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期）で繰り返し実行される。

先ず、図９に示すステップＳ１０において、モード切替スイッチ１６により選択されたモードを取得し、そのモードに応じた図３のマップ（Ｗｃｃ算出マップ）および図６のマップ（Ｉｉｎ算出マップ）を選択する。すなわち、効率優先モードの場合にはピーク値Ｌ１，Ｌ３（図２および図５参照）となるＷｃｃ算出マップおよびＩｉｎ算出マップを選択する。時間優先モードの場合には、ピーク値Ｌ１よりも冷却消費エネルギＷｃｃを低下させたＷｃｃ算出マップ、およびピーク値Ｌ３よりも受電電力を増加させたＩｉｎ算出マップを選択する。寿命優先モードの場合には、ピーク値Ｌ１となるＷｃｃ算出マップ、およびピーク値Ｌ３よりも受電電力を減少させたＩｉｎ算出マップを選択する。

続くステップＳ２０（低下量制御手段（損失低減量制御手段））では、ステップＳ１０で選択したＩｉｎ算出マップを参照して、充電器温度Ｔおよび外気温度Ｔａに基づき受電電力（受電電流Ｉｉｎ）を決定する。なお、受電電力の電圧は１００Ｖまたは２００Ｖ等、特定の値に決められているので、実質的には受電電流Ｉｉｎを決定することとなる。また、冷却器１５が熱交換器を有する場合には、熱交換器により温度低下した冷却風の温度Ｔｘにも基づいて受電電力を決定する。

続くステップＳ３０（冷却制御手段（損失低減量制御手段））では、ステップＳ１０で選択したＷｃｃ算出マップを参照して、充電器温度Ｔおよび外気温度Ｔａに基づき冷却消費エネルギＷｃｃ（冷却器供給エネルギ）を決定する。なお、冷却器１５が熱交換器を有する場合には、熱交換器により温度低下した冷却風の温度Ｔｘにも基づいて冷却消費エネルギＷｃｃを決定する。

続くステップＳ４０では、受電電流Ｉｉｎ、冷却消費電流Ｉａ１、外気温度Ｔａ、充電器温度の前回値Ｔ（ｔ）に基づき、充電器温度Ｔを算出する。具体的には、先ず、受電電流Ｉｉｎから冷却消費電流Ｉａ１を減算して、充電器入力電流Ｉｃを算出する。次に、このように算出したＩｃおよびＴａ，Ｔ（ｔ）を、図２（ｅ）の算出式に代入して、充電器温度上昇量ｄＴ／ｄｔを算出する。そして、このように算出したｄＴ／ｄｔを充電器温度の前回値Ｔ（ｔ）に加算して、充電器温度Ｔを算出する。

続くステップＳ５０では、ステップＳ４０で算出した充電器温度Ｔ、および充電器入力電流Ｉｃに基づき、充電器損失Ｗｃｌを算出する。具体的には、充電器温度Ｔに基づき充電器１２の内部抵抗Ｒを算出し、その内部抵抗ＲにＩｃの２乗を乗算してＷｃｌを算出する。

続くステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出した充電器損失Ｗｃｌに相当する充電器損失電流Ｉｃｌ、充電器入力電流Ｉｃおよび補機消費電流Ｉａ２に基づき、バッテリ入力電流Ｉｂを算出する。具体的には、ＩｃｌおよびＩａ２をＩｃから減算してＷｃｌを算出する。

続くステップＳ７０では、ステップＳ６０で算出したバッテリ入力電流Ｉｂに基づき、現時点でのバッテリ蓄電エネルギが目標値Ｗｂに達したか否かを判定する。目標値Ｗｂに達していなければ、ステップＳ２０〜Ｓ６０の処理を繰り返して充電を継続し、目標値Ｗｂに達したと判定されれば、図９の処理を終了して充電を終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）冷却器１５により充電器１２を冷却することで充電器損失Ｗｃｌを低減させるにあたり、充電器損失Ｗｃｌの低減量ΔＷｃｌが、冷却消費エネルギＷｃｃの増加量ΔＷｃｃより多くなるように、冷却消費エネルギＷｃｃ（冷却器供給エネルギ）を制御する。そのため、冷却器１５を過剰運転させた結果、冷却消費エネルギＷｃｃの増大により充電効率が却って悪くなる、といった不具合を回避して、充電効率を効果的に向上できる。

（２）受電電力の低下に伴い充電時間が長くなることによる補機消費エネルギＷｓｃ（充電システムの運転消費エネルギ）の総量（積分値）増大分が、受電電力を低下させることによる冷却消費エネルギＷｃｃおよび充電器損失Ｗｃｌの総量（積分値）減少分よりも少なくなるように、受電電力を制御する。そのため、受電電力を過剰に減少させた（受電電力低下量を過大にした）結果、補機消費エネルギＷｓｃの総量増大により充電効率が却って悪くなる、といった不具合を回避して、充電効率を効果的に向上できる。

（３）充電器温度Ｔと外気温度Ｔａとの差分ΔＴに応じて、冷却消費エネルギＷｃｃを変化させるよう制御するので、所望する充電効率となるよう高精度で制御できる。また、充電器温度Ｔおよび外気温度Ｔａに応じて、受電電力を変化させるよう制御するので、所望する充電効率となるよう高精度で制御できる。

（４）効率優先モード、時間優先モードおよび寿命優先モードに応じて、冷却消費エネルギＷｃｃおよび受電電力の設定を変更するので、充電効率向上、充電時間短縮、バッテリ劣化抑制のバランスを、車両ユーザの要求に応じて調整できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では、「冷却器１５の制御」および「受電電流Ｉｉｎの制御」の両制御を実施しているが、いずれか一方のみを実施するようにしてもよい。

・上記実施形態にかかる冷却器１５では、送風ファンにより外気温度の空気を充電器１２へ送風させているが、熱交換器を有した冷却器１５を採用し、外気温度を冷却した冷気を送風させるようにしてもよい。

・上記実施形態では、効率優先モード、時間優先モードおよび寿命優先モードの３つのモードに応じて、冷却消費エネルギＷｃｃおよび受電電力の設定を変更しているが、寿命優先モードを廃止して、効率優先モードおよび時間優先モードに応じて冷却消費エネルギＷｃｃおよび受電電力の設定を変更するようにしてもよい。

・上記実施形態では、冷却消費エネルギＷｃｃおよび受電電力の両方を各モードに応じて変更させているが、いずれか一方のみを各モードに応じて変更させるようにしてもよい。

・上記実施形態では、冷却器１５への電力供給を外部電源２０からの受電電力としているが、例えば、充電器１２から電力供給してもよいし、バッテリ１１から電力供給してもよい。また、上記実施形態では、補機１４への電力供給を充電器１２から行っているが、例えば、バッテリ１１から補機１４への電力供給を実施してもよい。

・上記実施形態では、商用１００Ｖまたは２００Ｖの交流電力を外部電源２０として採用しているが、本発明にかかる電源は、このような商用の電圧に限定されるものではない。

１１…バッテリ、１２…充電器、１３…ＥＣＵ（受電電力低下手段、充電器損失低減手段）、１５…冷却器（冷却手段（充電器損失低減手段））、２０…外部電源（電源）、Ｓ２０…低下量制御手段（損失低減量制御手段）、Ｓ３０…冷却制御手段（損失低減量制御手段）、Ｗｂ…バッテリ蓄電エネルギ、Ｗｉｎ…受電電力。

Claims (8)

1. 電源から供給される受電電力を充電器で昇圧してバッテリへ入力させる充電システムに適用され、
   前記充電器で生じる熱損失を低減させる充電器損失低減手段と、
   充電終了までにおける前記受電電力の総量に対するバッテリ蓄電エネルギの割合である充電効率に応じて、前記充電器損失低減手段による前記熱損失の低減量を制御する損失低減量制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電制御装置。
2. 前記充電器損失低減手段は、前記充電器を冷却することで前記熱損失を低減させる冷却手段を有し、
   前記損失低減量制御手段は、前記冷却による前記熱損失の低減量が前記冷却手段の駆動で消費されるエネルギより多くなるように、前記冷却手段での冷却消費エネルギを制御する冷却制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
3. 前記冷却制御手段は、前記冷却手段による冷却風と前記充電器との温度差に応じて、前記冷却消費エネルギを変化させることを特徴とする請求項２に記載の充電制御装置。
4. 前記充電効率の向上を充電時間の短縮よりも優先させる効率優先モードと、前記充電時間の短縮を前記充電効率の向上よりも優先させる時間優先モードとが切り替え可能に構成され、
   前記冷却制御手段は、前記時間優先モードに設定されている場合には、前記効率優先モードに設定されている場合に比べて前記バッテリへ入力される充電電力が増大するよう、前記冷却消費エネルギを設定することを特徴とする請求項２または３に記載の充電制御装置。
5. 前記充電器損失低減手段は、前記受電電力を低下させることで前記熱損失を低減させる受電電力低下手段を有し、
   前記損失低減量制御手段は、前記受電電力の低下に伴い充電時間が長くなることによる前記充電システムの運転消費エネルギ増大分と、前記受電電力を低下させることによる前記熱損失の低減分とのバランスに基づき、前記充電効率が所定値以上となるように、前記受電電力低下手段による受電電力低下量を制御する低下量制御手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の充電制御装置。
6. 前記低下量制御手段は、前記充電器の温度および雰囲気温度の少なくとも一方に応じて、前記受電電力低下量を変化させることを特徴とする請求項５に記載の充電制御装置。
7. 前記充電効率の向上を充電時間の短縮よりも優先させる効率優先モードと、前記充電時間の短縮を前記充電効率の向上よりも優先させる時間優先モードとが切り替え可能に構成され、
   前記低下量制御手段は、前記時間優先モードに設定されている場合には、前記効率優先モードに設定されている場合に比べて前記受電電力低下量を少なくすることを特徴とする請求項５または６に記載の充電制御装置。
8. 前記充電効率の向上を充電時間の短縮よりも優先させる効率優先モードと、前記バッテリの劣化抑制を前記充電効率の向上よりも優先させる寿命優先モードとが切り替え可能に構成され、
   前記低下量制御手段は、前記寿命優先モードに設定されている場合には、前記効率優先モードに設定されている場合に比べて前記受電電力低下量を多くすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の充電制御装置。

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