JP5994859B2 - 充電制御装置及び充電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電制御装置及び充電制御方法に関するものである。

本出願は、２０１２年９月２４日に出願された日本国特許出願の特願２０１２―２０９１９３号に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

所定の境界温度Ｔｃを境として、組電池を構成する複数の二次電池の中で最も温度の高い電池の温度である最高電池温度が境界温度Ｔｃより低い場合には、一定の電流値Ａ１で充電し、最高電池温度が境界温度Ｔｃより高い場合には電流値Ａ１よりも小さな電流値Ａ２で充電するように設定した、組電池の充電装置が開示されている（特許文献１）。

特開２００１−３１４０４６号公報

しかしながら、上記の充電装置では、電池の温度条件のみでバッテリの充電電流を設定しているため、電池の温度が高く、小さな電流値で充電した場合には、充電時間がかかりすぎて、ユーザに対して違和感を与える、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、ユーザに対して違和感を与えないような、充電時間でバッテリを充電できる充電制御装置又は充電制御方法を提供することである。

本発明は、バッテリの状態及びバッテリの充電時間に対応するバッテリの充電電力の関係を示すマップを参照し、演算された許容充電時間でバッテリを充電する充電電力を演算し、演算された充電電力で充電器の出力電力を制御することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、許容充電時間で充電を終了させる充電電力を演算し、バッテリの充電を制御することで、許容充電時間を超えて、バッテリを充電することがなくなるため、充電時間がかかりすぎてユーザに対して違和感を与えることを防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る充電システムのブロック図である。 図１のバッテリの充電電流に対する、最高電圧セルの電圧特性を示すグラフである。 図１の充電時間演算部に記録されるマップの概要図である。 図１の許容充電時間演算部に記録されるマップの概要図である。 図１の充電時間演算部で演算される充電電力と充電時間との特性、及び、許容充電時間の関係を示すグラフである。 図１のバッテリにおいて、（ａ）は充電時間に対する充電電力の特性を示すグラフであり、（ｂ）は充電時間に対する電池温度の特性を示すグラフである。 図１のバッテリにおいて、充電時間に対する充電電力の特性を示すグラフである。 図１のＬＢＣの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の変形例に係る充電システムのブロック図である。

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、本発明の実施形態に係る充電制御装置の充電システムのブロック図である。本例の充電システムは、電気自動車、プラグインハイブリッド車両の車両等に搭載のバッテリを充電するシステムである。充電制御装置は、充電システムの構成の一部であり、当該車両等に搭載されている。

本例の充電システムは、充電器１０と、バッテリ２０と、ＬＢＣ５０とを備えている。バッテリ２０及びＬＢＣ５０は、車両側に搭載される。なお、図１では図示を省略しているが、充電制御装置を搭載する車両は、バッテリ２０等の構成の他に、モータ等の構成を備えている。

充電器１０は、バッテリ２０を充電する充電器であり、車両の外部に設けられている。充電器１０は、ＬＢＣ５０の制御に基づいて、交流電源１００から入力される電力をバッテリ２０の充電に適した電力に変換して、バッテリ２０に出力する充電回路を有している。充電器１０は、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びコントローラ等を有している。充電器１０は、ケーブル等によりバッテリ２０に接続される。

バッテリ２０は、リチウムイオン電池等の二次電池（以下、セルとも称す。）を複数接続することで構成される電池であって、車両の動力源である。バッテリ２０は、インバータ（図示しない）を介して、モータ（図示しない）に接続されている。バッテリ２０は、当該モータの回生により充電され、また車両外の充電器１０により充電される。

ＬＢＣ（リチウムイオンバッテリコントローラ）５０は、バッテリ２０に接続されている電圧、電流のセンサ及びバッテリ２０の温度を検出するセンサの検出値により、バッテリ２０のＳＯＣ等を測定し、バッテリ２０に充電されている電池容量等のバッテリ２０の状態を管理するコントローラである。またＬＢＣ５０は、充電器１０と制御信号の送受信を行い、充電器１０を制御することで、バッテリ２０の充電を制御するコントローラでもある。

ＬＢＣ５０は、電流検出部５１、電圧検出部５２、温度検出部５３、ＳＯＣ演算部５４、充電可能電力演算部５５、充電時間演算部５６、許容充電時間演算部５７、制限充電電力演算部５８、及び、指令値演算部５９を有している。

電流検出部５１は、バッテリ２０に接続され、バッテリ２０の電流を検出するセンサである。電流検出部５１の検出値は、ＳＯＣ演算部５４、充電可能電力演算部５５、充電時間演算部５６に出力される。

電圧検出部５２は、バッテリ２０に接続され、バッテリ２０の電圧を検出するセンサである。電圧検出部５２は、バッテリ２０に含まれる複数の電池の各電圧、及び、当該複数の電池の総電圧を検出する。電圧検出部５２の検出値は、充電可能電力演算部５５及び充電時間演算部５６に出力される。

温度検出部５３は、バッテリ２０に設けられ、バッテリ２０の温度を検出するセンサである。温度検出部５１の検出値は、充電可能電力演算部５５、充電時間演算部５６及び許容充電時間演算部５７に出力される。

ＳＯＣ演算部５４は、電流検出部５１により検出された検出値を積算することで、充電電流を積分して、バッテリ２０のＳＯＣを演算する。ＳＯＣ演算部５４は、演算したＳＯＣを充電時間演算部５６及び許容充電時間演算部５７に出力する。

なお、ＳＯＣ演算部５４は、電圧検出部５２の検出電圧からバッテリ２０のＳＯＣを演算してもよい。バッテリ２０の電圧とＳＯＣとの間には相関性があるため、当該相関性を示すマップがメモリ４０に記録され、ＳＯＣ演算部５４は、メモリ４０の当該マップを参照して、電圧検出部５２の検出電圧に対応するＳＯＣを、バッテリ２０のＳＯＣとして演算する。

なお、バッテリ２０の電圧とＳＯＣとの相関性は、バッテリ２０の劣化度に応じて変わるため、マップは、バッテリ２０の劣化度に応じたマップにしてもよい。バッテリ２０の劣化度は、例えば、バッテリ２０の内部抵抗から演算すればよい。また、バッテリ２０の内部抵抗は、例えば電流検出部５１により検出された電流値の変化と、電圧検出部５２により検出された電圧の変化とを用いて算出することができる。

充電可能電力演算部５５は、電流検出部５１の検出電流、電圧検出部５２の検出電圧及び温度検出部５３の検出温度から、バッテリ２０の充電可能電力を演算する。充電可能電力は、バッテリ２０の充電の際、バッテリ２０の劣化の促進を抑制しながら充電できる最大の電力であって、充電器１０からバッテリ２０に入力可能な最大の入力電力である。なお充電可能電力は一般的に、入力可能電力あるいは最大充電可能電力や最大入力可能電力とも言われ、本実施形態においては充電可能電力と記載する。充電可能電力演算部５５は、以下の要領で、充電可能電力を演算する。

バッテリ２０には、バッテリ２０の性能に応じて、充電上限電圧がセル毎に設定されている。充電上限電圧は、バッテリ２０の劣化を防止するために、バッテリ２０を充電する際の、上限となる電圧である。充電上限電圧は、バッテリ２０を構成する電池（セル）の内部で、リチウムの析出が開始する電圧、または、リチウムの析出が開始する電圧よりも低い電圧が設定される。

充電上限電圧は、バッテリ２０へ入力される充電電流、バッテリ温度、及び、バッテリ２０の内部抵抗に応じて、演算される。例えば、充電上限電圧は、バッテリ２０の充電電流が大きいほど低く演算され、バッテリ２０の充電電流が小さいほど高く演算される。

バッテリ２０が複数の電池により構成されている場合には、複数の電池の中で最も電圧が高い電池の電圧を、充電上限電圧に抑えなければならない。充電可能電力演算部５５は、電圧検出部５２により検出される各セルの電圧から、最も電圧が高いセルを特定する。充電可能電力演算部５５は、特定されたセルの電圧、当該セルの内部抵抗、セルの充電電流及び充電上限電圧に基づき、バッテリに入力可能な入力可能電流を演算する。

入力可能電流は、最も高い端子電圧を有するセルの内部抵抗と、当該セルの充電上限電圧から算出される。セルの内部抵抗は、電圧検出部５２により検出される当該セルの端子電圧と、当該セルの充電電流から演算される。

図２は、入力可能電流（Ｉ_ＭＡＸ）の演算方法を説明する図である。充電可能電力演算部５５は、最も高い端子電圧を有するセルの内部抵抗から、図２に示すように、当該セルの内部抵抗線Ｌ_Ｒを演算する。

内部抵抗線Ｌ_Ｒは、最も高い端子電圧を有するセルについて、当該セルの充電電流と、当該セルの電圧との関係を示す直線である。なお、内部抵抗線Ｌ_Ｒは、例えばバッテリ２０の総内部抵抗及びバッテリ２０の開放電圧から算出することができる。バッテリ２０の総内部抵抗は、バッテリ２０に含まれる複数のセルの全体の抵抗値である。

充電上限電圧線Ｌ_{Ｖ＿ＬＩＭ}は、バッテリ２０の充電電流と相関性を有している。そのため、充電上限電圧とバッテリ２０の充電電流との相関性をもつマップが、予めメモリに記録され、充電可能電力演算部５５は、当該マップを参照し、電流検出部５１の検出電流を用いることで、充電上限電圧（充電上限電圧線Ｌ_{Ｖ＿ＬＩＭ}に相当）を演算すればよい。

図２に示す特性において、充電上限電圧線Ｌ_{Ｖ＿ＬＩＭ}と内部抵抗線Ｌ_Ｒとの交点における電流が、最も高い端子電圧を有するセルへの入力可能電流となる。これにより、入力可能電流が、充電可能電力演算部５５により演算される。

そして、充電可能電力演算部５５は、バッテリ２０の総内部抵抗に入力可能電流（Ｉ_ＭＡＸ）の２乗を乗じることで、充電可能電力を演算することができる。なお、充電可能電力の演算方法は、上記以外の方法であってもよい。充電可能電力演算部５５は、演算した充電可能電力を指令値演算部５９に出力する。

図１に戻り、充電時間演算部５６は、バッテリ２０の状態、バッテリ２０の充電時間及びバッテリの充電電力の対応関係を示すマップに基づいて、充電時間を演算する。また、充電時間演算部５６は、当該マップを用いて、バッテリ２０の充電時間に対するバッテリの充電電力の特性を演算し、制限充電電力演算部５８に出力する。充電時間演算部５６は、バッテリ２０の状態を示す指標として、バッテリ２０の温度に基づき、充電時間を演算する。バッテリ２０の充電電力は、充電中、バッテリ２０に実際に供給されている電力を示しており、電流検出部５１の検出電流及び電圧検出部５２の検出電圧により演算される値である。

許容充電時間演算部５７は、バッテリの充電時間の許容充電時間を演算し、制限充電電力演算部５８に出力する。許容充電時間は、ユーザにより許容される充電時間あって、予め設定されている時間である。充電時間が極端に長い場合に、当該充電時間が経過するまで、ユーザを待たせることは、ユーザにとって不便である。そのため、本例は、ユーザの利便性等を鑑みて、ユーザにより許容される充電時間を予め実験等によって求めて設定し、許容充電時間演算部５７に記録されている。なお、許容充電時間については、後述でも説明する。

制限充電電力演算部５８は、充電時間演算部５６により演算された、バッテリ２０の充電時間に対するバッテリの充電電力の特性と、許容充電時間演算部５８により演算された許容充電時間に基づき、許容充電時間で、バッテリ２０を充電する充電電力を、制限充電電力として演算し、指令値演算部５９に出力する。制限充電電力は、許容充電時間でバッテリ２０を充電する場合に、バッテリ２０に実際に供給される充電電力の制限電力を示している。

指令値演算部５９は、充電可能電力演算部５５により演算されたバッテリ２０の充電可能電力と、充電器１０の出力可能電力に基づいて、充電器１０から出力される電力の指令値を演算する。また指令値演算部５９は、バッテリ２０の充電電力を、制限充電電力演算部５８により演算された制限充電電力とするために、充電器１０から出力される電力の指令値を演算する。

充電器１０の出力可能電力は、充電器１０から出力可能な最大の出力電力を示しており、充電器１０の定格電力に相当する。すなわち、出力可能電力は充電器１０の能力に応じて予め設定されている値であり、充電器１０の出力電力は、この出力可能電力以下に制限されている。充電器１０には、出力可能電力が高い急速充電器と、急速充電器よりも出力可能電力が低い普通充電器がある。ＬＢＣ５０は、ケーブル等により、充電器１０とバッテリ２０との間の接続を確認すると、充電器１０から送信される信号を受信し、充電器１０の出力可能電力を取得する。

指令値演算部５９は、演算した出力電力の指令値を充電器１０に送信する。充電器１０は、指令値演算部５９により送信されて指令値の電力を出力するよう、交流電源１００の電力を変換して、バッテリ２０に供給する。これにより、充電器１０は、指令値演算部５９の指令値に基づき制御され、バッテリ２０が充電される。

次に、ＬＢＣ５０の制御について説明する。ＬＢＣ５０は、充電時間を許容充電時間に限らず、バッテリ２０を充電する制御と、許容充電時間演算部５０で演算された許容充電時間に基づいてバッテリ２０を充電する制御とを行う。まず、前者の通常の充電制御について説明する。

ＬＢＣ５０は、ユーザ等の操作に基づき、充電器１０によりバッテリ２０の充電を開始する旨の信号を受信すると、バッテリ２０の目標充電率を設定し、充電器１０とバッテリ２０との間の接続を確認して、充電制御を開始する。ここでは、目標充電率が満充電の充電率に設定されたとする。

指令値演算部５９は、充電器１０から、充電器１０の出力可能電力を取得する。また、充電器制御部５７は、充電可能電力演算部５５により演算された充電可能電力を取得する。そして、指令値演算部５９は、出力可能電力と、充電可能電力とを比較し、その比較結果とバッテリ２０の現在のＳＯＣから、バッテリ２０へ出力される充電器１０の出力電力を演算する。

本例のバッテリ２０は車両等に搭載される二次電池であり、バッテリ２０の電池容量は大きい。充電器１０は、交流電源１００の定格電力、充電器１０のコンバータの昇圧等により、出力可能電力を上げるにも限界がある。そのため、バッテリ２０のＳＯＣが低い場合には、充電器１０の出力可能電力が、バッテリ２０の充電可能電力よりも低くなる。

バッテリ２０のＳＯＣが高い場合には、バッテリ２０への入力可能な電力が低くなる。そのため、バッテリ２０の充電可能電力が、充電器１０の出力可能電力よりも低くなる。

バッテリ２０の充電可能電力が充電器１０の出力可能電力以上である場合には、指令値演算部５９は、充電器１０から、充電器１０の出力可能電力を出力させるよう、出力電力の指令値を演算し、充電器１０に出力する。充電器１０は、出力可能電力でバッテリ２０を充電開始する。これにより、バッテリ２０は定電力充電制御で充電される。

一方、バッテリ２０の充電可能電力が充電器１０の出力可能電力未満である場合には、指令値演算部５９は、充電器１０から、バッテリ２０の充電可能電力を出力させるよう、出力電力の指令値を演算し、充電器１０に出力する。充電器１０は、バッテリ２０への出力電力が充電可能電力になるよう、出力電流を下げて、バッテリ２０を充電する。また、指令値演算部５９は、バッテリ２０のＳＯＣの上昇に伴い、充電器１０の出力電力が下がるよう指令値を演算し、充電器１０は当該指令値に基づき、出力電流を徐々にさげる。なお、出力電圧は一定のため、バッテリ２０は定電圧充電制御で充電される。

充電可能電力演算部５５は、バッテリ２０の充電中、電流検出部５１等の検出値により、バッテリ２０の充電可能電力を演算し、指令値演算部５９に送信している。バッテリ２０の充電可能電力が、充電器１０の出力可能電力より高い場合には、ＬＢＣ５０は、定電力充電制御で充電器１０を制御する。一方、バッテリ２０の充電可能電力が、充電器１０の出力可能電力より低い場合には、ＬＢＣ５０は、定電圧充電制御で充電器１０を制御する。そして、ＳＯＣ演算部５４で演算されるＳＯＣに基づき、バッテリ２０が満充電の状態になると、ＬＢＣ５０はバッテリ２０の充電を終了する。なお、バッテリ２０の満充電では、例えば定電圧充電制御でバッテリ２０を充電した場合には、バッテリ２０の充電電流が、満充電を判定する電流閾値まで下がった時に、バッテリ２０が満充電に達したと判定される。なお、満充電の判定は上記に限定されず、例えばＳＯＣ演算部５４で演算されるＳＯＣの時間あたりの増加量が所定値以下となったことによって満充電を判定してもよい。

また、充電時間演算部５６は、充電中、充電開始時のバッテリ２０のＳＯＣから満充電に相当するＳＯＣまで充電する充電時間を演算する。充電時間演算部５６には、バッテリ２０の状態を示す電池温度、バッテリ２０の充電時間及びバッテリ２０の充電電力の対応関係を示すマップが予め記録されている。図３を用いて、充電時間演算部５６のマップを説明する。図３は、マップを説明するための概要図である。

図３に示すように、マップは、ＳＯＣ及び電池温度に対する充電時間の相関関係を、充電電力毎に示した複数のマップである。充電時間は、対応するＳＯＣから満充電に相当するＳＯＣまで充電する時間である。例えば、現在の充電中のバッテリ２０の充電電力（充電器１０が出力している電力であり、バッテリ２０を充電している電力）が５０ｋＷで、バッテリ２０の温度が１０度、バッテリ２０のＳＯＣが１０％である場合には、充電時間演算部５６は、図３のマップから、充電電力（５０ｋＷ）のマップを抽出し、バッテリ２０の温度（１０度）及びＳＯＣ（１０％）に対応する時間（７０分）を、充電時間として演算する。ＬＢＣ５０は、充電時間演算部５６により演算された充電時間を、車室内に設けられたディスプレイ（図示しない）に表示し、又は、ユーザの所有する携帯端末等に表示させるために、当該携帯電末に対して充電時間を含む信号を送信する。

次に、許容充電時間に基づくバッテリ２０の充電制御について説明する。許容充電時間演算部５７には、図４に示すように、充電器１０の出力可能電力、バッテリ２０の電池温度及び許容充電時間の対応関係を示すマップが予め記録されている。図４を用いて、許容充電時間演算部５７のマップを説明する。図４は、当該マップを説明するための概要図である。

バッテリの２０の温度と許容充電時間の関係について、基準となるバッテリ２０の温度に対する充電許容時間に対し、バッテリ２０の温度が高くなるほど許容充電時間は長くなるよう設定され、バッテリ２０の温度が低くなるほど許容充電時間は長くなるよう設定されている。すなわち、許容充電時間が最も短くなる、バッテリ２０の温度（図４においては０℃〜１０℃）を中心として、バッテリ２０が高温になるほど、許容充電時間は長くなり、バッテリ２０が低温になるほど、許容充電時間は長くなるよう、許容充電時間は設定されている。

マップで設定されている温度範囲は、バッテリ２０の使用状態、バッテリ２０の環境条件等に応じて、想定される温度範囲、または、当該想定される温度範囲よりも少し広い範囲に設定されている。

そして、当該温度範囲の上限温度、又は、当該温度範囲の高い側の温度に対する許容充電時間は、バッテリ２０の温度と副反応の起こり易さとの関係に基づいて設定されている。バッテリ２０の副反応とは、例えば、バッテリ２０の電解液の分解反応等のバッテリ２０の劣化の原因となる反応である。そして、二次電池の性能として、電池の温度が高い状態で、高い充電電力で電池を充電すると、副反応が発生しやすくなり、バッテリ２０の劣化が過度に進んでしまう。そして、一般的なユーザは、電池温度が高い場合には、バッテリ２０の劣化を防ぐために、充電の際に、充電時間が長くなることを認識している。そのため、マップで設定する温度範囲のうち、より高温側の温度ほど、許容充電時間が長くなるように、設定されている。

また、マップで設定する温度範囲の下限温度、又は、当該温度範囲の低い側の温度に対する許容充電時間は、バッテリ２０の温度とバッテリ２０の反応速度との関係に基づいて設定されている。二次電池の性能として、電池の温度が低くなるほど、電池内の反応速度が遅くなり、電池の内部抵抗が高くなってしまう。そのため、電池の温度が低い場合には、バッテリ２０の充電電流を高くすることができず、充電に時間がかかってしまう。そして、一般的なユーザは、電池温度が低い場合には、充電時間が長くなることを認識している。そのため、マップで設定する温度範囲のうち、より低温側の温度ほど、許容充電時間が長くなるように、設定されている。

次に、充電器１０の出力可能電力と許容充電時間との関係について説明する。充電器１０の出力可能電力が高いほど、充電時間が短くなることは、一般的なユーザにより認識されている事項である。そのため、充電器１０の出力可能電力が高いほど、許容充電時間が短くなるよう設定されている。

すなわち、図４のマップに設定される許容充電時間は上記を考慮して、充電時の充電電力がバッテリ２０を過度に劣化させることが無い程度の充電電力となるように、言い換えるとバッテリ２０を過度に劣化させることが無い程度に長い充電時間であって、且つ、ユーザに違和感を与えない程度の充電時間が温度と充電器１０の出力可能電力とに応じて設定されている。

また、図４のマップ上で設定されている出力可能電力の範囲は、普通充電の充電器（普通充電器）１０の定格電力（出力可能電力）よりも高い範囲に設定されている。すなわち、図４のマップは、急速充電の充電器（急速充電器）１０の定格出力（出力可能電力）と対応させたマップである。また、急速充電器の定格出力は、充電器１０の種類に応じて異なるため、マップで設定する充電器出力（出力可能電力）は、充電器１０の種類に応じて異なる出力可能電力を含む一定の範囲で設定されている。

次に、許容充電時間とＳＯＣとの関係について説明する。バッテリ１０を充電し、ＳＯＣが満充電のＳＯＣに近づくと、バッテリ２０を充電する時間に対して、ＳＯＣの上昇率が低くなる。また、急速充電器を用いてバッテリ２０を充電する場合には、バッテリ２０への負荷を考慮して、上限の目標充電率（目標ＳＯＣ）を、バッテリ２０の満充電より低く設定している場合がある。このような場合には、許容充電時間は、満充電のＳＯＣより低いＳＯＣまで充電するまでの充電時間に設定されている。

なお、上限の目標充電率（目標ＳＯＣ）を、充電中の単位時間あたりのＳＯＣ上昇率が所定の上昇率よりも低くなる、予め定められた所定のＳＯＣとし、許容充電時間は充電開始から、この予め定められた所定のＳＯＣまで充電する時間を考慮して設定されていてもよい。すなわち、ＳＯＣの上昇率が所定の上昇率よりも高いＳＯＣの領域でのみ充電することで、許容充電時間を極力短く設定し、充電時間が長いというユーザの不満を抑えることができる。

上記のとおり、許容充電時間は、ユーザにより許容される充電時間を、バッテリ２０の状態、充電器１０の出力可能電力の条件毎に設定する。また、充電時間を設定する際の目標充電率を、満充電よりも低い充電率に設定することで、充電時間に対して充電効率が高い領域で充電し、長い充電時間をかけて満充電まで充電することでユーザに対して違和感を与えないような、許容充電時間が設定されている。

ＬＢＣ５０は、充電器１０とバッテリ２０との間の接続を確認して、充電制御を開始すると、まず充電器１０の出力可能電力を取得する。ＬＢＣ５０は、充電器１０の出力可能電力が、図４のマップで設定する充電器出力（出力可能電力）の範囲内にあるか否かを判定する。出力可能電力が、マップで設定する出力可能電力範囲でない場合には、ＬＢＣ５０は充電器１０が普通充電器であると判定して、上記の通常の充電制御を行う。

一方、充電器１０の出力可能電力が、図４のマップで設定する充電器出力（出力可能電力）の範囲内にある場合には、ＬＢＣ５０は、許容充電時間演算部５７により許容充電時間を演算する。

許容充電時間演算部５７は、充電器１０の出力可能電力、温度検出部５３により検出されるバッテリ２０の温度、及び、充電開始時のＳＯＣを取得する。許容充電時間演算部５７は、図４のマップを参照し、出力可能電力、電池温度及びＳＯＣに対応する充電時間を、許容充電時間として演算し、制限充電電力演算部５８に出力する。

また、充電器１０の出力可能電力が、図４のマップで設定する充電器出力の範囲内にある場合には、充電時間演算部５６は、バッテリ２０の温度及びＳＯＣを取得する。そして、充電器時間演算部５６は、充電電力毎のマップで、バッテリ２０の温度及びＳＯＣに対応する充電時間をそれぞれ抽出し、充電電力と充電時間との特性（相関関係）を演算し、演算結果を制限充電電力演算部５８に出力する。

制限充電電力演算部５８は、充電時間演算部５６で演算された充電電力と充電時間との特性、及び、許容充電時間演算部５７で演算された許容充電時間に基づいて、制限充電電力を演算する。

図５は、充電時間と充電時間との特性、及び、許容充電時間の関係を示すグラフである。充電時間と充電時間との特性はグラフａで示されている。許容充電時間（Ｔｏ）は、図４のマップにより演算される一義的な値であるため、一定値で表される。一方、充電時間及び充電電力の特性は、図３に示す各マップからそれぞれ抽出された値を、近似的な曲線で結ぶことで導出され、曲線で示される。

そして、充電時間及び充電電力の特性と、許容充電時間（Ｔｏ）の特性との交点に相当する電力が、制限充電電力（Ｐｏ）となる。そして、制限充電電力演算部５８は、指令値演算部５９に制限充電電力（Ｐｏ）を出力する。指令値演算部５９は、バッテリ２０の充電電力を制限充電電力（Ｐｏ）とする、充電器１０の出力電力の指令値を演算し、充電器１０に出力する。

ＬＢＣ５０は、制限充電電力（Ｐｏ）でバッテリ２０を充電中、ＳＯＣ演算部５４により、バッテリ２０のＳＯＣを管理している。指令値演算部５９は、バッテリ２０のＳＯＣの上昇に伴い、充電器１０の出力電力が制限充電電力（Ｐｏ）より下がるよう指令値を演算し、充電器１０は当該指令値に基づき、出力電流を徐々にさげる。そして、バッテリ２０が目標ＳＯＣに達すると、ＬＢＣ５０はバッテリ２０の充電を終了する。なおここで、センサ誤差等による制御上の誤差等で許容充電時間が経過しても充電が終了しない場合を考慮して、バッテリ２０が目標ＳＯＣに達する前であっても、許容充電時間が経過した場合には充電を終了することが好ましい。この場合、バッテリ２０は目標ＳＯＣよりも低いＳＯＣまでしか充電されないが、その差は制御的な誤差範囲であり、バッテリ２０は目標ＳＯＣに略等しいＳＯＣまで充電されているため問題は無い。

これにより、バッテリ２０の充電電力を制限充電電力にして、バッテリ２０を充電した場合には、バッテリ２０が過度に劣化するほど、バッテリ２０の温度が上昇することなく、バッテリ２０の充電を許容充電時間で終了させることができる。

ここで、充電時間と温度との関係、及び、充電時間と電池温度との関係について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は充電時間に対する充電電力の特性を示すグラフであり、（ｂ）は充電時間に対する電池温度の特性を示すグラフである。図６（ａ）、（ｂ）のグラフａは本発明の特性を示し、グラフｂは本発明とは異なり温度のみに基づいて充電電力を設定した場合の特性（比較例１）を示し、グラフｃは本発明とは異なり温度や充電時間の制限を設けず、充電器１０の最大出力（Ｐｃ）で充電した場合の特性（比較例２）を示すグラフである。電力（Ｐｅ）は、満充電の判定の閾値であって、定電流制御において、バッテリ２０の満充電を判定するための電流閾値に相当する。なお、グラフａ、ｂに示す本発明及び比較例において、充電開始時の電池温度、ＳＯＣ及び目標充電率は同じとする。また、使用する充電器１０の出力可能電力も同じ電力とする。

本例では、許容充電時間を演算して、許容充電時間で充電を終わらせるよう、充電電力を設定しているため、充電時間に対する充電電力の特性は、グラフａのようになる。一方、比較例１では、温度のみに基づいて充電電力を設定しており、充電中、電池温度がほとんど上がらないように、充電電力を設定するため、充電開始時の充電電力（Ｐｂ）が本発明の電力（Ｐｏ）よりも低くなる。そして、充電電力が低い分、比較例１の充電時間（Ｔｂ）は、本発明の充電時間（Ｔｏ）と比較して長くなる。また、比較例２の充電時間（Ｔｃ）は、本発明の充電時間（Ｔｏ）と比較して短くなる。

電池温度について、充電終了時のバッテリの温度は、充電電力が高い分、本発明の電池温度（ｔｏ）は比較例１の電池温度（ｔｂ）よりも高い。そして、比較例２の電池温度（ｔｃ）は電池温度（ｔｏ）よりも高い。

バッテリ２０の充電中に、バッテリ２０に加わる熱量は、バッテリ２０の内部抵抗（Ｒ）に、充電電流（Ｉ）の２乗の値を乗算した値に相関する。そのため、グラフａ、ｂと比較すると、バッテリ２０の充電電流を下げたとしても、電池温度の低下分は、それほど大きくなく、むしろ、充電時間が長くなる。言い換えると、比較例１に対して本発明のように、許容充電時間でバッテリ２０の充電を終了させるために、バッテリ２０の充電電流を上げたとしても、電池温度の上昇分は小さく、充電時間をより短くすることができる。

さらに、図７を用いて、充電電力、充電時間及び電池温度との関係について、説明する。図７は充電時間に対する充電電力の特性を示すグラフである。図７のグラフａは本発明の特性を示し、グラフｄは本発明とは異なり、許容充電時間より短い充電時間に基づいて充電電力を設定した場合の特性（比較例３）を示す。電力（Ｐｅ）は、満充電の判定の閾値である。なお、グラフａ、ｄに示す本発明及び比較例において、充電開始時の電池温度、ＳＯＣ及び目標充電率は同じとする。また、使用する充電器１０の出力可能電力も同じ電力とする。

比較例３は、充電時間を、許容充電時間（Ｔｏ）より短い時間（Ｔｄ）に設定している分、充電電力（Ｐｄ）は制限充電電力（Ｐｏ）よりも高くなっている。そして、比較例３では、充電電力（Ｐｄ）が制限充電電力（Ｐｏ）より高いため、充電中の電池の温度が、本発明よりも高くなり、電池の劣化が過度に進む可能性がある。

上記のように、本例は、許容充電時間に基づいて制限充電電力（Ｐｏ）を演算して、バッテリ２０を充電する際の、充電器１０の出力電力を制御しているため、バッテリ２０の温度と充電時間とを両立させて、バッテリ２０の温度上昇による電池劣化を極力抑えつつ、ユーザに対して違和感を与えない充電時間でバッテリ２０を充電することができる。

次に、図８を用いて、ＬＢＣ５０の充電制御について説明する。図８はＬＢＣ５０の充電制御の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、ＬＢＣ５０は、充電器１０からの信号に基づき、充電器１０の出力可能電力を検出する。ステップＳ２にて、ＬＢＣ５０は、充電器１０の出力可能電力がマップ（図４のマップ）で設定する設定電力の範囲内にあるか否かを判定する。充電器１０の出力可能電力がマップの設定電力の範囲外である場合には、ステップＳ２０にて、ＬＢＣ５０は充電時間を許容充電時間に限らない、通常の充電制御を行う。

一方、充電器１０の出力可能電力がマップの設定電力の範囲内にある場合には、ステップＳ３にて、温度検出部５３はバッテリ２０の温度を検出する。ステップＳ４にてＳＯＣ演算部５４はバッテリ２０のＳＯＣを演算する。ステップＳ５にて、許容充電時間演算部５７は、ステップＳ１の出力可能電力、ステップＳ３のバッテリ２０の温度及びステップＳ４のＳＯＣに基づいて、図４マップを参照して、許容充電時間を演算する。

ステップＳ６にて、充電時間演算部５６は、ステップＳ３の電池温度及びステップＳ４のＳＯＣに基づいて、図３のマップを参照し、充電電力−充電時間特性を演算する。ステップＳ７にて、制限充電電力５８は、許容充電時間及び充電電力−充電時間特性に基づいて、制限充電電力を演算する。

ステップＳ８にて、指令値演算部５９は、制限充電電力に基づき、充電器１０の出力電力の指令値を演算し、充電器１０に出力することで、バッテリ１０の充電を開始させる。ステップＳ９にて、バッテリ２０の充電中、電流検出部５１及び電圧検出部５３は、バッテリ２０の電流及び電圧を検出する。

ステップＳ１０にて、ＬＢＣ５０は、ステップＳ９の検出電圧及び検出電流に基づいて、充電器１０を制御し、バッテリ２０の充電電力を制御する。ステップＳ１１にて、ＬＢＣ５０は、バッテリ２０の充電電流が、満充電を示す電流閾値（満充電の判定の電流閾値）以下であるか否かを判定する。

バッテリ２０の充電電流が電流閾値より高い場合には、ステップＳ９に戻り、バッテリ２０の充電が継続される。一方、バッテリ２０の充電電流が電流閾値以下である場合には、指令値演算部５９は、充電器１０に対して充電終了の指令値を出力する。そして、本例の充電制御を終了する。

上記のように、本例は、バッテリ２０の状態及びバッテリ２０の充電時間に対応するバッテリ２０の充電電力の関係を示すマップ（図３のマップに相当）を参照して、許容充電時間でバッテリ２０を充電する充電電力を設定し、許容充電時間に基づき設定された充電電力で、充電器１０の出力電力を制御する。これにより、電池の劣化を極力抑制しながら、ユーザに違和感を与えない充電時間で、バッテリ２０を充電することができる。

また本例は、バッテリ２０の温度に応じて、許容充電時間を演算する。ユーザは温度条件に応じた充電時間を目安として認識している。そのため、バッテリ２０の温度条件に対して、ユーザに違和感を与えない充電時間でバッテリ２０を充電し、かつ、温度上昇に伴うバッテリの劣化を抑制することができる。

また本例は、バッテリ２０の温度が所定の温度より高いほど、許容充電時間を長く、バッテリ２０の温度が当該所定の温度より低いほど、許容充電時間を長くするように、設定されている。上記のとおり、バッテリ２０の温度が高すぎると、充電時間は長くなり、また、バッテリ２０の温度が低すぎても、充電時間は長くなる。そのため、この特性に応じた許容充電時間を演算することができるため、電池の劣化を極力抑制しながら、ユーザに違和感を与えない充電時間で、バッテリ２０を充電することができる。

また、本例は、バッテリ２０の上限温度に対する許容充電時間を、バッテリ温度とバッテリ２０の副反応の起こり易さとの関係に基づいて設定し、また、バッテリ２０の下限温度に対する許容充電時間を、バッテリ温度とバッテリ２０の反応速度との関係に基づいて設定する。これにより、バッテリ２０の上限温度及び下限温度に対する、それぞれの許容充電時間を、バッテリ２０の性質に基づく、適切な時間に設定することができる。その結果として、ユーザに違和感を与えない充電時間で、バッテリ２０を充電することができる。

また本例は、充電器１０の出力可能電力に応じて、許容充電時間を演算する。ユーザは充電器１０の定格電力に応じた充電時間を目安として認識している。そのため、バッテリ２０の出力可能電力の条件に対して、ユーザに違和感を与えない充電時間でバッテリ２０を充電し、かつ、温度上昇に伴うバッテリの劣化を抑制することができる。

また本例は、出力可能電力が所定の電力より高い充電器１０の出力可能電力と、許容充電時間との関係を示すマップ（図４のマップに相当）に基づいて、許容充電時間を演算する。これにより、所定の電力より出力可能電力が高い充電器１０で充電する際に、許容充電時間で充電を終わらせることができる。急速充電器等の出力可能電力が高い充電器では、バッテリ２０の充電電力も高く、バッテリ２０が高温になり易い。その一方で、ＳＯＣが高い領域では、充電時間をかけて、充電を行ってもＳＯＣの上昇率は低い。そのため、マップ上の目標ＳＯＣを満充電より低いＳＯＣに設定し、設定されたＳＯＣまでに充電する充電時間を許容充電時間と設定することで、充電時間を短くしつつ、バッテリ２０の温度上昇に伴う劣化を抑制することができ、ユーザに違和感を与えない充電時間でバッテリ２０を充電することができる。

また本例は、出力可能電力が高いほど、充電時間を短くする。ユーザは充電器１０の定格電力が高いほど、充電時間が短くなることを認識している。そのため、バッテリ２０の出力可能電力の条件に対して、ユーザに違和感を与えない充電時間でバッテリ２０を充電し、かつ、温度上昇に伴うバッテリの劣化を抑制することができる。

また本例は、ＳＯＣに応じて充電時間を演算し、ＳＯＣが高いほど許容充電時間を短くする。ユーザはＳＯＣに応じた充電時間を目安として認識している。そのため、バッテリ２０のＳＯＣの条件に対して、ユーザに違和感を与えない充電時間でバッテリ２０を充電し、かつ、温度上昇に伴うバッテリの劣化を抑制することができる。

なお、本例において、許容充電時間演算部５７に記録されるマップの充電器出力は、急速充電の充電器１０の出力可能電力に対応させたが、必ずしも急速充電器の出力に対応させる必要はなく、普通充電の充電器１０の出力と対応させてもよい。

また、図３に示すマップは、バッテリ２０を満充電の状態にする際の、マップを示したが、目標充電率毎にマップを設けてもよい。

また、本発明の変形例として、図９に示すように、ＬＢＣ５０は、上記構成の他に、車両位置検出部６０、メモリ６１及び出力可能電力演算部６２を有している。図９は、変形例に係る充電システムのブロック図である。

車両位置検出部６０は、ＧＰＳシステム（グローバルポジションシステム）を利用して、ＧＰＳ衛星と通信を行い、車両の位置を検出する。メモリ６１は、地図データ及び地図データ上の施設等の位置と施設情報（ＰＯＩ情報）等を記録する記録媒体である。メモリ６１には、外部施設の充電器１０の位置と、当該充電器１０の出力可能電力が対応づけて記録されている。

出力可能電力取得部６２は、メモリ６１に記録されているデータを参照し、車両位置検出部６０で検出された車両の検出位置に対応する充電器１０（使用中、または、使用しようとしている充電器）を特定し、特定された充電器１０の出力可能電力を抽出することで、出力可能電力を取得し、許容充電時間演算部５７及び指令値演算部５９に出力する。そして、許容充電時間演算部５７は、出力可能電力取得部６２で取得された出力可能電力に基づいて許容充電時間を演算し、指令値演算部５９は当該許容充電時間に基づき指令値を演算する。これにより、本例は、充電器１０から出力可能電力を含む信号を受信しなくても、使用する充電器１０の出力可能電力を取得することができる。

上記温度検出部５３が本発明の温度検出手段に相当し、ＳＯＣ演算部５４が本発明の「充電状態演算手段」に、許容充電時間演算部５７が本発明の「許容充電時間演算手段」に、制限充電電力演算部５８及び指令値演算部５９が本発明の「充電器制御手段」に相当し、車両位置検出部６０が本発明の「位置検出手段」に、メモリ６１が本発明の「記録手段」に相当する。

１０…充電器
２０…バッテリ
５０…ＬＢＣ
５１…電流検出部
５２…電圧検出部
５３…温度検出部
５４…ＳＯＣ演算部
５５…充電可能電力演算部
５６…充電時間演算部
５７…許容充電時間演算部
５８…制限充電電力演算部
５９…指令値演算部５９
６０…車両位置検出部
６１…メモリ
６２…出力可能電力演算部
１００…交流電源

Claims (11)

1. 充電器からの出力電力によりバッテリを所定の充電率まで充電する充電制御装置において、
   前記バッテリの温度、前記バッテリの充電率、及び前記バッテリの充電時間に対応する前記バッテリの充電電力の関係を示す第１マップに基づいて、前記充電器の出力電力を制御する充電器制御手段と、
   前記バッテリの充電開始から前記バッテリを前記所定の充電率まで充電する充電時間の許容充電時間を演算する許容充電時間演算手段と、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記充電器制御手段は、
   前記第１マップを参照し、前記許容充電時間で前記バッテリを充電する前記充電電力を演算し、前記許容充電時間に基づいて演算した前記充電電力で、前記出力電力を制御し、
   前記許容充電時間演算手段は、
   前記温度検出手段の検出温度に応じて前記許容充電時間を演算する
   ことを特徴とする充電制御装置。
2. 前記許容充電時間演算手段は、
   前記バッテリの温度が所定の温度より高いほど、前記許容充電時間を長く、かつ、前記バッテリの温度が前記所定の温度より低いほど、前記許容充電時間を長くする
   ことを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
3. 前記バッテリの上限温度に対する前記許容充電時間は、
   前記バッテリの温度と前記バッテリの副反応の起こり易さとの関係に基づいて予め設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の充電制御装置。
4. 前記バッテリの下限温度に対する前記許容充電時間は、
   前記バッテリの温度と前記バッテリの反応速度との関係に基づいて予め設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電制御装置。
5. 前記許容充電時間演算手段は、
   前記充電器から前記バッテリへ出力可能な電力を示す出力可能電力に応じて前記許容充電時間を演算する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の充電制御装置。
6. 前記許容充電時間演算手段は、
   前記出力可能電力が所定の出力より高い前記充電器の前記出力可能電力と、前記許容充電時間との関係を示す第２マップに基づいて、前記許容充電時間を演算する
   ことを特徴とする請求項５に記載の充電制御装置。
7. 前記許容充電時間演算手段は、
   前記出力可能電力が高いほど、前記許容充電時間を短くする
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の充電制御装置。
8. 前記バッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段をさらに備え、
   前記許容充電時間演算手段は、
   前記充電状態に応じて前記許容充電時間を演算する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の充電制御装置。
9. 前記許容充電時間演算手段は、
   前記バッテリの充電状態が高いほど、前記許容充電時間を短くする
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の充電制御装置。
10. 前記充電制御装置を備えた車両の位置を検出する位置検出手段と、
    前記充電器の位置と、前記充電器から出力可能な電力を示す出力可能電力とを対応づけて記録する記録手段とを備え、
    前記許容充電時間演算手段は、
    前記記録手段に記録されたデータを参照して、前記位置検出手段により検出された前記車両の検出位置に対応する前記充電器を特定し、
    特定された前記充電器の前記出力可能電力に応じて前記許容充電時間を演算する
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の充電制御装置。
11. 充電器からの出力電力によりバッテリを所定の充電率まで充電する充電制御方法において、
    前記バッテリの温度を検出し、
    前記バッテリの検出温度に応じて前記バッテリの充電時間の許容充電時間を演算し、
    前記バッテリの温度、前記バッテリの充電率、及び前記バッテリの充電時間に対応する前記バッテリの充電電力の関係を示すマップを参照して、前記許容充電時間で前記バッテリを充電する前記充電電力を設定し、
    前記充電器からの出力電力を、前記許容充電時間に基づいて設定した前記充電電力となるように制御し、
    前記バッテリの充電時間は前記バッテリの充電開始から前記バッテリの所定の充電率まで充電する時間である
    ことを特徴とする充電制御方法。

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