JP2020124033A - Charge control device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、充電制御装置に関し、特に車両に搭載された蓄電装置に対する充電の制御を行なう充電制御装置に関する。 The present disclosure relates to a charging control device, and more particularly to a charging control device that controls charging of a power storage device mounted on a vehicle.
国際公開第2010/089843号(特許文献1)には、充電器に対して電力指令値を生成し、充電器の制御を行なう充電制御装置を備える車両の充電システムが開示されている。 International Publication No. 2010/089843 (Patent Document 1) discloses a vehicle charging system including a charging control device that generates a power command value for a charger and controls the charger.
充電規格によっては、車両用の蓄電装置に充電を行なう充電器の応答速度について決められていないものがある。このため、充電スタンドによって、充電器の応答速度にばらつきがある。 Some charging standards do not determine the response speed of a charger that charges a vehicle power storage device. Therefore, the response speed of the charger varies depending on the charging stand.
この場合、応答速度が遅い充電器を使用しても蓄電装置に適切な充電を行なえるように、充電電流の制限値に対するマージンを、最も応答速度が遅い充電器を基準として充電制御装置を設計することが考えられる。しかし、一律にこのような構成とすると、応答速度が速い充電器を使用する場合に充電の所要時間が長くなり、急速充電に対する利便性が悪化する。 In this case, the charging control device is designed with a margin for the charging current limit value based on the charger with the slowest response speed so that the power storage device can be appropriately charged even if the charger with a slow response speed is used. It is possible to do it. However, if such a configuration is used uniformly, the time required for charging becomes long when a charger having a fast response speed is used, and the convenience for quick charging deteriorates.
本開示の充電制御装置は、上記の課題を解決するものであって、その目的は、充電器の性能にばらつきがある場合にも各充電器に対して適切な充電制御を行なう充電制御装置を提供することである。 The charging control device of the present disclosure is to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a charging control device that performs appropriate charging control for each charger even when there are variations in the performance of the charger. Is to provide.
本開示は、車両用の蓄電装置に接続される充電器に対して要求する充電電流の指令値を送信する充電制御装置に関する。充電制御装置は、充電開始後に指令値を変動させ、指令値の変動に応答した充電器の出力変動との時間差を計測する処理と、蓄電装置の状態によって定められる上限充電量と、時間差によって定められる上限充電量からのマージンとを用いて、前記指令値を設定する処理とを実行する。 The present disclosure relates to a charging control device that transmits a command value of a charging current requested to a charger connected to a power storage device for a vehicle. The charging control device varies the command value after the start of charging, measures the time difference with the output fluctuation of the charger in response to the fluctuation of the command value, the upper limit charge amount determined by the state of the power storage device, and the time difference. And a margin from the upper limit charge amount that is set, the processing for setting the command value is executed.
上記のような構成とすることによって、充電制御装置は、充電電流の指令値に対する充電器の制御遅れを検出し、その量に応じたマージンを算出する。このように構成することによって、急速充電スタンドで車両のバッテリを充電する際に、どのような急速充電スタンドでもバッテリに対して過充電とならないマージンを確保して指令値を算出できる。 With the above configuration, the charging control device detects the control delay of the charger with respect to the command value of the charging current and calculates the margin according to the amount. With this configuration, when the battery of the vehicle is charged by the quick charging stand, the command value can be calculated while ensuring a margin that prevents the battery from being overcharged by any of the quick charging stands.
本開示の充電制御装置によれば、充電器の性能にばらつきがある場合でもバッテリの保護を図りつつ、なるべく急速に充電するという利便性を得ることができる。 According to the charge control device of the present disclosure, it is possible to obtain the convenience of charging the battery as quickly as possible while protecting the battery even when the performance of the charger varies.
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。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<充電システムの構成>
図1は、本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。
<Structure of charging system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the charging system according to the present embodiment. Referring to FIG. 1,
車両1は、たとえば、バッテリ11(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。
The vehicle 1 is, for example, an electric vehicle equipped with a battery 11 (see FIG. 2). The vehicle 1 is configured to be capable of “external charging” for charging the
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。
The
本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。しかし、充電器3は、急速充電の充電規格に規定されていない特性、たとえば電力指令値に対する出力電力の応答速度にばらつきがある状況を想定する。
In the present embodiment,
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。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
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。
The
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。
The
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。
The SMR 121 is electrically connected between the
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。
The PCU 122 is an electric power conversion device that converts electric power between the
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。
The
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。
Vehicle 1 further includes a
充電器3は、制御装置30と電力供給部31とを含む。充電ケーブルは、電力線42と通信線43と、コネクタ41とを含む。
The
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。
When the
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。
The
ECU10は、ナビゲーションシステム14等とCAN(Controller Area Network)などの有線の車載ネットワーク16により互いに接続され、相互に通信が可能に構成されている。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。
The ECU 10 is connected to a
ナビゲーションシステム14は、人工衛星からの電波に基づいて車両1の現在地を特定するGPS受信機141を含む。ナビゲーションシステム14は、GPS受信機141により車両1の現在地の位置情報(GPS情報)を取得し、取得された位置情報を用いて車両1の各種ナビゲーション処理を実行する。
The
ナビゲーションシステム14は、タッチパネル付ディスプレイ(以下、「ナビ画面」とも記載する)142をさらに含む。ナビ画面142は、ユーザによる様々な操作を受け付ける。また、ナビ画面142は、車両1の現在地を道路地図上に重ね合せて表示したり、ECU10からの情報を表示したりする。ナビ画面142は、急速充電に関する情報を車両1のユーザに提供可能に構成されている。
The
ECU10は、CPU(Central Processing Unit)101と、メモリ102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。ECU10は、本開示に係る「充電制御装置」に相当する。
The
<充電規格>
急速充電においては、従来の充電(いわゆる普通充電)とは異なる充電規格(新規格)が採用される。このような規格の一種に、車両側から要求する充電電流の指令値を充電器3に送信し、充電器3が要求された電力を出力するように規定されているものがある。
<Charging standard>
In rapid charging, a charging standard (new standard) different from conventional charging (so-called normal charging) is adopted. As one of such standards, there is one that is specified so that the command value of the charging current requested from the vehicle side is transmitted to the
しかし、充電器3が指令値を受けてから、その指令値に対応する電流を出力するまでの応答速度については、規定されていない場合がある。このため、充電スタンドのメーカーによって、充電器3の応答速度にばらつきがある。
However, the response speed from when the
この場合、応答速度が遅い充電器3を使用してもバッテリ11に適切な充電を行なえるように、最も応答速度が遅い充電器を基準としてECU10は充電電力の制限値Winから定まる電流に対するマージンを設けて充電電流の指令値を設定することが考えられる。しかし、一律にこのような構成とすると、応答速度が速い充電器を使用する場合に充電の所要時間が長くなり、急速充電に対する利便性が悪化する。このような場合に、急速充電を利用するユーザの利便性を向上させることが望ましい。
In this case, the
そこで、本実施の形態においては、充電器の性能にばらつきがある場合にも各充電器に対して適切な充電制御を行なうことができるように、ECU10が充電器3の応答速度を充電初期段階で測定し、測定結果に基づいて充電電流の指令値を決定する。より具体的には、ECU10は、車両用のバッテリ11に接続される充電器3に対して要求する充電電流の指令値I*を送信する。ECU10は、充電開始後に指令値I*を変動させ、指令値I*の変動に応答した充電器3からの充電電流Ibの変動との時間差である反応時間TRを計測する処理と、バッテリ11の状態によって定められる上限充電量Winと、反応時間TRによって定められる上限充電量Winに相当する電流値(I(Win)=Win/Vb)からのマージンMとに基づいて、指令値I*を設定する処理とを実行する。
Therefore, in the present embodiment, the
<充電制御の説明>
図3は、本実施の形態に係る充電制御装置が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。図4は、図3の制御を実行した場合の充電電流の指令値I*と実際の充電電流Ibの変化を示した図である。図4には縦軸に電流が示され、横軸に時間が示されている。電流は、ゼロより下方向が充電電流、上方向が放電電流となる。
<Explanation of charge control>
FIG. 3 is a flowchart for explaining the charging control executed by the charging control device according to the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing changes in the command value I* of the charging current and the actual charging current Ib when the control of FIG. 3 is executed. In FIG. 4, the vertical axis represents current and the horizontal axis represents time. With respect to the current, the charging current is downward and the discharging current is upward from zero.
まずステップS1において充電が開始される。するとECU10は、ステップS2において、充電制限値Winを超えない範囲で充電電流の指令値I*を0から定常値I0まで次第に遷移させる(図4の時刻t1〜t2)。充電器3は、指令値I*に追従させるように車両に送電する充電電流Ibを変化させる。ただし、応答速度がゼロではないので、指令値I*に少し遅れて充電電流Ibが変化する。このとき、ECU10は、どのような応答速度の充電器3が接続されているかはまだ分かっていない。
First, in step S1, charging is started. Then, in step S2, the
続いて、ECU10は、充電電流を数アンペア変化させることによって指令値を定常値I0からI1に変化させる。そしてステップS4において、充電電流の指令値I*の変化から充電電流を測定する電流センサの検出値から求めた実際の充電電流Ibまでの反応時間TRを算出する。ECU10は、精度向上のため、指令値I*の変化と充電電流Ibの変化のタイミングの差である反応時間TRを求めるチェックをN回(Nは自然数)実行する。ステップS5において、ECU10は、チェックがN回終了するまで、ステップS3およびステップS4の処理を繰り返す。図4の時刻t3〜t4では、N=3である場合が示されている。
Subsequently, the
N回のチェックが終了した場合(S5でYES)、ECU10は、ステップS6において、過充電防止のマージンMを決定する。ECU10は、複数回測定した反応時間TR1〜TR3のうちの最悪値を反応時間TRとする。そして、ECU10は、マージンMを次式によって設定する。
M=TR×ΔWin/Vb
ここで、ΔWin(kW/sec)は、ECU10で周知の方法で時々刻々と算出されているバッテリ11に対する充電制限値Winの時間あたり変化量を示し、Vbは、そのときのバッテリ11の電圧を示す。充電制限値Winは、たとえば、電池電圧、SOC、電池劣化度、温度などに基づいて算出される。
When the check is completed N times (YES in S5), the
M=TR×ΔWin/Vb
Here, ΔWin (kW/sec) indicates the amount of change per hour of the charging limit value Win for the
ステップS6において過充電防止のマージンMが算出された後は、以降は、充電制限値Winに対してマージンMを考慮した充電電流の指令値I*が決定される。たとえば、以下の式に基づいて指令値I*を設定することができる。
I*=Win/Vb−M
図4では、時刻t4において、バッテリ11の充電が進行し、SOCがある値に達したことに応じて充電電流を絞る制御が実行されている。
After the overcharge prevention margin M is calculated in step S6, thereafter, the command value I* of the charging current in which the margin M is taken into consideration with respect to the charging limit value Win is determined. For example, the command value I* can be set based on the following equation.
I*=Win/Vb-M
In FIG. 4, at time t4, charging of the
充電器3の応答速度が遅い場合には、マージンMは大きく設定されるので、Winがゼロに近づく場合に、充電電流の指令値I*はWinに相当する電流値からさらに大きく制限される。このため、充電終了までの時間が長くなる。一方、充電器3の応答速度が速い場合には、マージンMは小さく設定されるので、充電電流の指令値I*はWinに相当する電流値からあまり制限されない。このため、充電終了までの時間が短くなる。このように、充電器3の特性に合わせた充電制御が実行されるので、性能の良い充電器を使用する場合の充電時間が短縮される。
When the response speed of the
図5は、充電制御の変形例を説明するための波形図である。図5に示す例では、充電開始時点t1からスタンドの応答性能をテストしている。たとえば、時刻t1において指令値I*を増加させると、それに追従して充電電流Ibが変化を開始するまでの反応時間TR11が測定される。時刻t11〜t12において、階段状に指令値I*を変化させ、変化させるごとに複数回反応時間を測定し、最悪値を反応時間TRとすれば良い。なお、テストを行なうタイミングは、充電開始時点に限らずいつ行なっても良い。 FIG. 5 is a waveform diagram for explaining a modification of charging control. In the example shown in FIG. 5, the response performance of the stand is tested from the charging start time t1. For example, when the command value I* is increased at the time t1, the reaction time TR11 until the charging current Ib starts to change is measured following the increase. At times t11 to t12, the command value I* is changed stepwise, and the reaction time is measured a plurality of times for each change, and the worst value may be set as the reaction time TR. The test may be performed at any time without being limited to the charging start time.
さらに、充電器3の反応時間TR以外にも、電流が変化してから安定までの時間すなわち、充電ケーブルおよびバッテリ等によって定まる時定数τを考慮し、TR+τに対応するようにマージンMを定めても良い。マージンMが定まったら、SOCが増加してt13においてWinがより制限された場合に、マージンMとWinとを考慮して指令値I*が設定される。
Further, in addition to the reaction time TR of the
なお、他のパラメータとして、反応時間TR、時定数τ以外にも出力電流のオーバーシュート量をマージンMまたは指令値I*の設定に考慮してもよい。たとえば、電流オーバーシュート量が大きい充電器の場合には、指令値I*の変化は小さめにするなどが考えられる。 As other parameters, in addition to the reaction time TR and the time constant τ, the overshoot amount of the output current may be considered in the setting of the margin M or the command value I*. For example, in the case of a charger with a large amount of current overshoot, it is possible to make the change in the command value I* small.
また、急速充電スタンドの応答性能のスペックを市場情報としてDCM(Data Communication Module)等を用いて収集し、スタンドとのCAN通信またはGPSによるスタンドの位置情報から、スタンドに配置されている充電器3の機種を割り出して、割り出した機種に対応するマージンMを設定しても良い。
Further, the specifications of the response performance of the quick charging stand are collected as market information by using a DCM (Data Communication Module) or the like, and the
以上説明したように、本実施の形態に係る充電制御装置は、充電電流の指令値I*に対する充電器の制御遅れを検出し、その量に応じたマージンMを算出するように構成される。このように構成することによって、急速充電スタンドで車両のバッテリを充電する際に、どのような急速充電スタンドでもバッテリに対して過充電とならないマージンMを確保して指令値I*を算出できる。 As described above, the charging control device according to the present embodiment is configured to detect the control delay of the charger with respect to the command value I* of the charging current and calculate the margin M according to the amount. With this configuration, when the battery of the vehicle is charged by the quick charging stand, the command value I* can be calculated while ensuring a margin M that does not cause overcharging of the battery at any quick charging stand.
本実施の形態に係る充電制御装置によれば、それぞれの充電器に合わせたマージンMの設定によって、充電器の性能にばらつきが有る場合でもバッテリの保護を図りつつ、なるべく急速に充電するという利便性を得ることができる。 According to the charge control device of the present embodiment, by setting the margin M according to each charger, it is convenient to charge the battery as quickly as possible while protecting the battery even when there are variations in the performance of the charger. You can get sex.
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。本発明の範囲は上記した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。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
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、14 ナビゲーションシステム、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、102 メモリ、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、141 受信機、142 ナビ画面。 1 vehicle, 3 charger, 4 charging cable, 9 charging system, 10 ECU, 11 battery, 14 navigation system, 16 vehicle network, 30 control device, 31 power supply unit, 41 connector, 42, GL, PL power line, 43 communication Lines, 102 memory, 111 monitoring unit, 121 SMR, 122 PCU, 123 motor generator, 124 power transmission gear, 125 drive wheels, 131 charging relay, 135 inlet, 141 receiver, 142 navigation screen.
Claims (1)
充電開始後に前記指令値を変動させ、前記指令値の変動に応答した前記充電器の出力変動との時間差を計測する処理と、
前記蓄電装置の状態によって定められる上限充電量と、前記時間差によって定められる前記上限充電量からのマージンとを用いて、前記指令値を設定する処理とを実行する、充電制御装置。 A charging control device for transmitting a command value of a charging current required for a charger connected to a power storage device for a vehicle,
A process of changing the command value after the start of charging, and measuring a time difference from the output fluctuation of the charger in response to the fluctuation of the command value,
A charge control device that executes a process of setting the command value using an upper limit charge amount determined by the state of the power storage device and a margin from the upper limit charge amount determined by the time difference.
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