JP2013255345A - 車両用電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の外部の電源からの電力が車両に供給される状況下、ユーザによる充電の優先度の指示に応じて空調装置に供給される電力の制限を可変とすることで、ユーザの要求により忠実な制御を行なう。
【解決手段】電源２８からの電力供給時においては、主機バッテリＢｍの充電率が閾値以下となることを条件に、空調装置１４に供給される電力を制限し、主機バッテリＢｍの信頼性の低下を回避する。具体的には、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御するための操作量によって、空調装置１４の要求電力Ｐａｃのガード値を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調装置と、車載バッテリとを備え、車両の外部電源からの電力を前記車載バッテリに供給可能な車両に適用される車両用電力制御装置に関する。

この種の制御装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、車載主機としてモータおよび内燃機関を備えるハイブリッド車において、主機としてのモータ用のバッテリ（主機バッテリ）に外部の商用電源からの電力を充電するに際し、主機バッテリの充電率が上昇しない場合に補機を強制的にオフ状態とするものも提案されている。

特開２００８−２１１９５５号公報

ところで、外部電源からの電力が車両に供給される状況下、ユーザにとっての最優先事項が主機バッテリの充電であるとは限らない。たとえば、車室を一時的に居住空間として利用する場合、主機バッテリの充電率が過度に低下するのを嫌って、外部電源から車両に電力を供給可能な状態とすることも考えられる。しかし、住宅内に搭載される電源は、その出力電力が小さい。したがって、主機バッテリの充電率が上昇しない場合に空調装置が強制的にオフ状態とされたのでは、ユーザが車室を一時的に居住空間として利用する場合等には、ユーザの要求に沿わない制御がなされることとなる。これに対し、たとえば、外部電源の出力電力が空調装置の最大出力を下回る場合であっても、要求電力を満たす場合には、主機バッテリの充電率が過度に低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、空調装置と、車載バッテリとを備え、車両の外部電源からの電力を前記車載バッテリに供給可能な車両に適用される新たな車両用電力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、およびその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、空調装置と、車載バッテリ（Ｂｍ，Ｂａ）とを備え、車両の外部電源（２８）からの電力を前記車載バッテリに供給可能な車両に適用され、前記外部電源の電力が前記車両に入力される状況下、前記空調装置の要求電力が前記外部電源から入力される電力以上となることを条件に、前記空調装置に実際に供給する電力を制限する制限手段を備えることを特徴とする。

外部電源の電力が車両に入力されることを持って、空調装置の要求電力を制限する場合には、空調要求を満たすことができない。一方、空調装置の要求電力を含む車載補機の要求電力が外部電源から入力される電力以上となる場合に空調装置の要求電力を満たすなら、車載バッテリの蓄電エネルギが減少し、ひいてはその充電率が過度に低くなるおそれがある。この点、上記発明では、車載バッテリの充電率が規定の比率以下となることを条件として空調装置の電力を制限することで、車載バッテリの充電率を適切な値に維持することと、空調要求との好適な両立を図ることができる。

なお、本発明にかかる以下の代表的な実施形態に関する概念の拡張については、代表的な実施形態の後の「その他の実施形態」の欄に記載してある。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる空調処理の制限手順を示す流れ図。 上記制限処理のサブルーチン。 上記実施形態の効果を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる空調処理の制限手順を示す流れ図。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる車両用電力制御装置の第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すモータジェネレータ１２は、車載主機であり、その回転子が図示しない駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータ１２は、直流交流変換回路（インバータ１０）、およびシステムメインリレーＳＭＲを介して主機バッテリＢｍに接続されている。

主機バッテリＢｍは、車体に対して絶縁されている。詳しくは、主機バッテリＢｍの正極電位および負極電位の中央値が車体電位とされている。これは、たとえば主機バッテリＢｍの正極および負極間に一対の抵抗体を接続し、それら抵抗体の接続点を車体に接続することで実現することができる。ここで、抵抗体は、主機バッテリＢｍと車体との絶縁要求に応じた抵抗値に設定される。主機バッテリＢｍは、電池セルの直列接続体としての組電池である。ここで、電池セルとして、本実施形態では、リチウムイオン２次電池を想定している。

主機バッテリＢｍは、モータジェネレータ１２の電力供給源のみならず、空調装置１４の電力供給源となっている。すなわち、主機バッテリＢｍには、システムメインリレーＳＭＲを介して空調装置１４がインバータ１０と並列に接続されている。

また、主機バッテリＢｍには、システムメインリレーＳＭＲを介して、インバータ１０と並列に降圧コンバータ１６が接続されている。降圧コンバータ１６は、主機バッテリＢｍの端子電圧を降圧し、これを出力電圧Ｖｏｕｔとして、補機バッテリＢａに印加する。補機バッテリＢａは、通常使用時の端子電圧が主機バッテリＢｍよりも低いものである。また、補機バッテリＢａは、その基準電位（負極電位）が車体電位とされている。なお、補機バッテリＢａとしては、たとえば鉛蓄電池を用いればよい。

補機バッテリＢａには、低圧系の車載補機１８が並列接続されている。ちなみに、空調装置１４も車載補機であるが、本実施形態では、これを高電圧を印加可能なものに設計しており、主機バッテリＢｍを電力供給源とするものとした。

主機バッテリＢｍには、システムメインリレーＳＭＲおよびチャージ用リレーＣＨＲを介して、充電器２０が接続されている。充電器２０は、車両の外部とのインターフェースであるインレット２２に接続されている。インレット２２は、リレーとしての機能や漏電検出機能等を搭載したＣＣＩＤボックス２４を介してプラグ２６に接続されている。プラグ２６は、住宅内の電源２８に接続されるものである。電源２８は、住宅外の系統電源からの電力を車両に供給するための装置（外部電源）である。

制御装置３０は、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍを検出する電流センサ３４の検出値や、主機バッテリＢｍの端子電圧Ｖｍを検出する電圧センサ３２の検出値を入力とし、降圧コンバータ１６や充電器２０を操作する手段である。

図２に、制御装置３０の実行する処理の手順を示す。この処理は、制御装置３０によって、たとえば所定周期でくり返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、電源２８から車両に電力が供給されているか否か（充電制御中であるか否か）を判断する。そして充電制御中であると判断される場合、ステップＳ１２において、空調装置１４の駆動要求があるか否かを判断する。この処理は、主機バッテリＢｍの充電率が過度に低くなる事態が生じうるか否かを判断するためのものである。空調装置１４の駆動によって主機バッテリＢｍの充電率が過度に低くなる事態は、充電器２０の出力電力Ｐｂｃの最大値が小さいために特に生じやすい。ここで、充電器２０の出力電力Ｐｂｃは、通常は、電源２８の出力電力の最大値Ｐｍａｘとなる。これは、電源２８の出力電力の最大値Ｐｍａｘが小さい（たとえば「３ｋＷ」）ためである。このため、主機バッテリＢｍの充電時において、主機バッテリＢｍを構成する電池セルの端子電圧を上限電圧以下とする旨の要求や、電池セルの充放電電流を許容範囲に納める旨の要求等によって、充電器２０の出力電力Ｐｂｃの大きさが可変とされることは略ない。反面、出力電力Ｐｂｃが小さいため、要求電力Ｐａｃが出力電力Ｐｂｃを上回る事態は十分に生じうる。

ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１４において、主機バッテリＢｍの充電率（図中、ＳＯＣ（Ｂｍ）と表記）が閾値ＳｍＬ１以上であるか否かを判断する。ここで、閾値ＳｍＬ１は、主機バッテリＢｍを構成する電池セルの充電率の下限値にマージンを持たせたものである。なお、この処理は、主機バッテリＢｍを構成する各電池セルの充電率の下限値と閾値ＳｍＬ１との大小を比較する処理とすればよい。もっとも、電池セル間での充電率のばらつきを考慮して閾値ＳｍＬ１を設定するなら、各電池セルの充電率の平均値と閾値ＳｍＬ１との大小を比較する処理とすることもできる。

ステップＳ１４において否定判断される場合、ステップＳ１８において、空調装置１４を停止させる制御がなされている旨を示すフラグＦの値について、それが１であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１８において否定判断される場合、ステップＳ２０において、主機バッテリＢｍの充電率が下限値ＳｍＬ２以下であるか否かを判断する。ここで、下限値ＳｍＬ２は、閾値ＳｍＬ１よりも小さい。特に本実施形態では、主機バッテリＢｍを構成する電池セルの充電率の下限値とする。この処理は、空調装置１４を停止させるか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ２０において否定判断される場合、ステップＳ２６に移行し、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御する。この処理は、主機バッテリＢｍの充電率が信頼性の低下を招くほどに低くなる事態を回避しつつも、空調要求を極力満たすために実行されるものである。図３に、ステップＳ２６の処理の詳細を示す。

図示されるように、この一連の処理では、まずステップＳ３０において、電流センサ３４によって検出される充放電電流Ｉｍを取得する。続くステップＳ３２においては、空調装置１４の要求電力Ｐａｃのガード値（Ａ／Ｃガード値）の通常動作時の値を、充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御するための操作量によって補正する。本実施形態では、操作量を、ゼロから充放電電流Ｉｍ（充電側が正）を減算した値を入力とする比例要素および積分要素の出力同士の和とし、これによって通常動作時のＡ／Ｃガード値を減少補正する。なお、ステップＳ３２の処理が完了することで、先の図２に示したステップＳ２６の処理が完了する。また、ステップＳ２６の処理は、本実施形態において制限手段を構成する。

これに対し、ステップＳ２０において肯定判断される場合、ステップＳ２２においてフラグＦを１とする。そして、ステップＳ２２の処理が完了する場合や、ステップＳ１８において肯定判断される場合には、ステップＳ２４において、空調装置１４を停止させる。この処理は、ステップＳ２６の処理によっても補機バッテリＢａの充電率を信頼性を維持可能な値に維持できない場合に、補機バッテリＢａを充電するための処理である。なお、この処理は、本実施形態において制限手段を構成する。

一方、上記ステップＳ１４において肯定判断される場合、ステップＳ１６において、空調装置１４を通常通りに作動させるとともに、フラグＦをゼロとする。

図２において、上記ステップＳ１６、Ｓ２４，Ｓ２６の処理が完了する場合や、ステップＳ１０、Ｓ１２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図４に、本実施形態の効果を、主機バッテリＢｍの充電率が空調停止用のＳＯＣに到達することで空調装置１４を停止させる制限処理のみを行なう比較例と対比して示す。

図示されるように、比較例では、主機バッテリＢｍの充電率に応じて空調装置１４の動作が許可されるか禁止されるかの２値的なものとなる。これに対し、本実施形態では、主機バッテリＢｍの充電率が閾値ＳｍＬ１以下となることで、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロとする制限をかけつつも、空調装置１４の駆動を許可する。そして、主機バッテリＢｍの充電率が下限値ＳｍＬ２以下となることで、空調装置１４が停止される。

なお、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御することで、主機バッテリＢｍの充電率が本来なら変化しないはずである。しかし、電流センサ３４に誤差がある場合等にあっては、ゼロにフィードバック制御しているつもりが、僅かな放電状態に制御されるおそれがあり、この場合、図に示すように、主機バッテリＢｍの充電率が下限値ＳｍＬ２まで低下する。

以下に、上記実施形態の効果のいくつかを記載する。

（１）主機バッテリＢｍの充電率が閾値ＳｍＬ１以下となることを条件に、空調装置１４に供給する電力を制限した。これにより、空調要求を満たすことと、主機バッテリＢｍの充電率を適切な値とすることとの好適な折衷を図ることができる。

（２）主機バッテリＢｍの充電率が閾値ＳｍＬ１以下となることで、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御した。これにより、主機バッテリＢｍの信頼性の低下を招かない範囲で、空調要求を極力満たすことができる。

（３）充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御するための操作量を、Ａ／Ｃガード値とした。この場合、実際の要求電力ＰａｃがＡ／Ｃガード値以下の場合、要求電力Ｐａｃが制限されることはない。したがって、空調要求を極力満たすことができる。

（４）主機バッテリＢｍの充電率が下限値ＳｍＬ２以下となることで、空調装置１４を停止させた。これにより、主機バッテリＢｍの信頼性の低下を確実に回避することができる。

（５）住宅内に搭載される電源２８からの充電がなされる場合に空調装置１４に供給する電力を制限した。電源２８は、充電ステーションが備える急速充電装置と比較して、出力電力が小さいため、空調装置１４の要求電力Ｐａｃを下回りやすい。しかも、充電ステーションにおいて車両内に電力が供給される場合と比較して、電力供給の目的が主機バッテリＢｍの充電である蓋然性が低い。このため、空調装置１４に対する電力制限を、主機バッテリＢｍの信頼性の低下を招かない範囲で、空調要求を極力満たすようにしつつ行なうことが特に有効である。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、制御装置３０の実行する処理の手順を示す。この処理は、制御装置３０によって、たとえば所定周期でくり返し実行される。なお、図５において、先の図２に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ４０において、充電優先モードが選択されているか否かを判断する。この処理は、ユーザが空調要求と充電要求とのいずれを優先するかの指示内容を確認する処理である。この処理は、たとえばユーザによって操作可能なインターフェースを介してユーザが充電優先モードを選択可能なようにし、その操作状態を確認することで実行することができる。そして、ステップＳ４０において肯定判断される場合には、ステップＳ１８に移行する。すなわち、充電優先モードの場合、主機バッテリＢｍの充電率にかかわらず、空調装置１４に供給する電力を制限する。

このように、本実施形態では、ユーザによる充電の優先度の指示に応じて空調装置１４に供給される電力の制限を可変とすることで、ユーザの要求により忠実な制御を行なうことができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

「充放電電流のゼロＦＢ制御について」
充放電電流をゼロにフィードバック制御するための操作量としては、比例要素および積分要素の出力同士の和とするものに限らない。たとえば比例要素の出力としてもよく、また比例要素、積分要素および微分要素の各出力同士の和とするものであってもよい。

フィードバック制御としては、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍがゼロよりも大きい（充電される）場合にＡ／Ｃガード値を増加させ、ゼロよりも小さい（放電される）場合にＡ／Ｃガード値を減少させるものに限らない。たとえば、ゼロよりも小さい（放電される）場合に限ってＡ／Ｃガード値を変化させるものであってもよい。

操作量としては、Ａ／Ｃガード値に限らない。たとえば空調装置１４の要求電力Ｐａｃ自体であってもよい。

「段階的な制限について」
たとえば、主機バッテリＢｍの充電率が下限値ＳｍＬ２以下となる場合、空調装置１４の要求電力Ｐａｃをゼロとする代わりに、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロよりも大きい規定値にフィードバック制御するものであってもよい。またたとえば、下限値ＳｍＬ２と閾値ＳｍＬ１との間の値以下となることで、充放電電流Ｉｍのゼロ電流フィードバックをして且つ、下限値ＳｍＬ２以下となることで、充放電電流Ｉｍをゼロよりも大きい規定値（充電側の値）にフィードバック制御するものであってもよい。

また、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍのフィードバック制御をするものに限らない。たとえば、主機バッテリＢｍの充電率に応じて、Ａ／Ｃガード値を段階的に減少させるものであってもよい。

「空調装置の入力端子について」
主機バッテリＢｍに接続されるものに限らず、たとえば、補機バッテリＢａに接続されるものであってもよい。この場合であっても、たとえば補機バッテリＢａの電力不足となる場合に、降圧コンバータ１６によって主機バッテリＢｍの電力を補機バッテリＢａに供給する処理を行うなら、空調装置１４の要求電力Ｐａｃを制限することは有効である。

「車載バッテリについて」
上記実施形態（図３）では、主機バッテリＢｍの充放電電流Ｉｍをゼロにフィードバック制御したが、これに限らない。たとえば、電源２８が補機バッテリＢａに供給されて且つ、空調装置１４の入力端子が補機バッテリＢａに接続されるシステムにおいて、補機バッテリＢａの充放電電流をゼロにフィードバック制御してもよい。

上記実施形態（図３）では、主機バッテリＢｍの充電率に応じて空調装置１４の要求電力Ｐａｃを制限したが、これに限らない。たとえば、電源２８が補機バッテリＢａに供給されて且つ、空調装置１４の入力端子が補機バッテリＢａに接続されるシステムにおいて、補機バッテリＢａの充電率に応じて空調装置１４の要求電力Ｐａｃを制限してもよい。

「制限手段について」
段階的な制限を行なうものに限らない。たとえば、充放電電流Ｉｍをゼロよりも大きい規定値（充電側の値）にフィードバック制御する制限を行なうものにおいて、この規定値に十分なマージンが含まれるなら、空調装置１４の要求電力Ｐａｃの制限処理として、このフィードバック制御のみを行ってもよい。

また、充電率の算出値を参照するかわりに、たとえば主機バッテリＢｍの端子電圧を充電率として代用してもよい。

「ユーザの充電の優先度の指示について」
上記第２の実施形態（図５）では、ユーザの充電の優先度の指示に応じて、主機バッテリＢｍの充電率に基づきゼロ電流フィードバック制御を実行するか、充電率を参照することなく空調装置１４の要求電力Ｐａｃが充電器２０の出力電力Ｐｂｃ以上となることでゼロ電流フィードバック制御を実行するかについて、それらの切り替えを行ったがこれに限らない。たとえば、主機バッテリＢｍの充電率が閾値ＳｍＬ１以下の場合、充放電電流Ｉｍを規定値にフィードバック制御する処理を行なって且つ、ユーザによる充電の優先度の指示に応じて、規定値をゼロとするかゼロよりも大きい値（充電側の値）とするかを切り替えるようにしてもよい。

また、ユーザによる優先度の指示としては、１段階に限らず、２段階以上であってもよい。ここで、２段階の指示としては、たとえば、上記第２の実施形態（図５）よりももう一段階、充電を優先する処理を設け、充電の優先度が一番高い指示である場合、空調装置１４の要求電力Ｐａｃやこれを含む車載補機の要求電力合計値が充電器２０の出力電力Ｐｂｃ以上となることで空調装置１４を停止するものとしてもよい。

「外部電源について」
住宅内に搭載される電源に限らず、たとえば充電ステーションの電源装置であってもよい。この場合であっても、たとえば充電ステーションにおいて複数の車両に充電電力が供給される状況下、１台当たりの充電電力が制限される場合、空調装置１４の要求電力が充電ステーションから供給される最大電力以上となる事態が起こりうると考えられる。そしてこの場合、空調装置１４の要求電力Ｐａｃを制限する処理を行なうことは有効である。

「そのほか」
主機バッテリＢｍを車体に対して絶縁されたものに限らない。たとえば大電流を出力可能とするかわりに端子電圧を低下させることで、負極電位を車体電位としてもよい。

Ｂｍ…主機バッテリ、１４…空調装置、２０…充電装置、３０…制御装置。

Claims (8)

1. 空調装置と、車載バッテリ（Ｂｍ，Ｂａ）とを備え、車両の外部電源（２８）からの電力を前記車載バッテリに供給可能な車両に適用され、
   前記外部電源の電力が前記車両に入力される状況下、前記車載バッテリの充電率が規定の比率以下となることを条件に、前記空調装置に実際に供給する電力を制限する制限手段を備えることを特徴とする車両用電力制御装置。
2. 前記電力の制限は、前記車載バッテリが放電状態とならないようにするものであることを特徴とする請求項１記載の車両用電力制御装置。
3. 前記車載バッテリが放電状態とならないようにする制限処理は、前記バッテリの充放電電流をゼロにフィードバック制御する処理であることを特徴とする請求項２記載の車両用電力制御装置。
4. 前記フィードバック制御の操作量は、前記空調装置の出力電力のガード値であることを特徴とする請求項３記載の車両用電力制御装置。
5. 前記フィードバック制御によって前記車載バッテリの充電率が所定比率以下となる場合、前記バッテリの充電電流が正となるように前記空調装置に実際に供給する電力をさらに制限することを特徴とする請求項３または４記載の車両用電力制御装置。
6. 前記制限手段は、前記空調装置の駆動が要求される場合、前記車載バッテリの充電率の低下度合いに応じて前記制限の度合いを段階的に変化させることを特徴とする請求項１記載の車両用電力制御装置。
7. 前記段階的な制限の実行条件を、ユーザの充電の優先度の指示に応じて可変とすることを特徴とする請求項６記載の車両用電力制御装置。
8. 前記外部電源は、住宅内に搭載される電源であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用電力制御装置。

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