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JP2023179282A - 制御装置、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

制御装置、制御方法、及び制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】リレーを遮断状態から接続状態への切り替えを適切に制御することができる制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリーを制御する制御装置であって、バッテリーの物理量を取得する取得部と、所定の信号を検出する検出部と、バッテリーの物理量に基づいて、バッテリーとバッテリーから電力が供給される所定の機器との間に設けられたリレーを制御する制御部と、を備え、制御部は、リレーを遮断しているとき、バッテリーの物理量が所定の条件を満足する状態が第1時間継続した場合、リレーを接続し、検出部において所定の信号が検出されたか否かによって第1時間を異ならせる。
【選択図】図1

Description

本開示は、車両に搭載されたバッテリーを制御する制御装置などに関する。
補機バッテリーとしてリチウムイオン電池(LiB)を用いた車両では、所定の状態になった場合に車両システムの安全確保や電池保護のために、リレーを用いて補機バッテリーを車両システムから電気的に遮断する手法が用いられる。
車両システムから補機バッテリーが切り離されている場合、車両を始動するためには補機バッテリーを再び電気的に接続する必要がある。特許文献1には、外部電源が接続されたことを検出して、補機バッテリーを車両システムから切り離しているリレーを遮断状態から接続状態に切り替える制御装置、が開示されている。
特開2020-114079号公報
車両に接続された外部充電器などの電源の出力が小さい場合、車両システムの始動に必要な電力が足りずにシステムが始動できないおそれがある。このため、リレーを遮断状態から接続状態へ切り替えるタイミングを、車両の状態や外部充電器などの電源状態などに基づいて適切に判断して、リレーの切り替えを制御する必要がある。
本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、リレーを遮断状態から接続状態への切り替えを適切に制御することができる制御装置などを、提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、バッテリーを制御する制御装置であって、バッテリーの物理量を取得する取得部と、所定の信号を検出する検出部と、バッテリーの物理量に基づいて、バッテリーとバッテリーから電力が供給される所定の機器との間に設けられたリレーを制御する制御部と、を備え、制御部は、リレーを遮断しているとき、バッテリーの物理量が所定の条件を満足する状態が第1時間継続した場合、リレーを接続し、検出部において所定の信号が検出されたか否かによって第1時間を異ならせる、制御装置である。
上記本開示の制御装置によれば、リレーの接続を判断する第1時間を所定の信号が検出されたか否かによって動的に変更するので、リレーを遮断状態から接続状態への切り替えを車両の状況に応じて適切に制御することができる。
本実施形態に係る制御装置とその周辺部の機能ブロック図 制御装置によって実行される第1例のリレー制御の処理フローチャート 制御装置によって実行される第2例のリレー制御の処理フローチャート 制御装置によって実行される第2例のリレー制御の処理フローチャート
本開示の制御装置は、バッテリーや外部充電器の情報などに基づいて、リレーの接続が望ましい車両の状況やリレーの接続を優先すべき車両の状況を判断し、リレーを遮断状態から接続状態へ切り替える。この制御により、適切なリレーの切り替えを実現することができる。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<実施形態>
[構成]
図1は、本開示の一実施形態に係る制御装置110とその周辺部の機能ブロック図である。図1に例示した機能ブロックは、バッテリー監視ECU100、リレー200、及びバッテリー300を含むバッテリーパックと、複数の機器410及び420と、外部充電器500と、を備えている。このバッテリーパックは、一例として、動力源として内燃機関を使用する自動車や動力源として電動モーターを使用するハイブリッド自動車(HV)などの車両に用いられる。
バッテリー300は、リレー200を介して複数の機器410及び420に電力を供給するためのバッテリーである。このバッテリー300は、例えば、充放電可能に構成されたリチウムイオン電池などの二次電池のセルCを複数直列に接続して構成される。バッテリー300は、車両の駆動に関わらない機器への電力供給に用いられる、いわゆる補機バッテリーとして利用することができる。
リレー200は、バッテリー300と複数の機器410及び420や外部充電器500との間に設けられるスイッチである。このリレー200は、バッテリー監視ECU100の制御(指示)に基づいて、端子間を電気的に接続させた導通状態(ON)及び電気的に遮断させた非導通状態(OFF)のいずれかに切り替える。リレー200としては、ノーマリーオン型の1極単投型のスイッチを例示できる。
複数の機器410及び420は、バッテリー300に接続される所定の機器であり、リレー200を介してバッテリー300から供給される電力で動作する装置である。複数の機器410及び420の数は、図1に示したものに限られない。バッテリー300を車両の補機バッテリーとして利用する場合には、複数の機器410及び420の一例として、モーターやソレノイドなどのアクチュエータ類、ヘッドランプや室内灯などの灯火類、ヒーターやクーラーなどの空調類、ステアリング、ブレーキ、及び自動運転や先進運転支援などのECU(Electronic Control Unit)類、などの補機を提示できる。
外部充電器500は、バッテリー300に接続される所定の機器であり、バッテリー300の充電を目的とした充電器である。この外部充電器500は、車両のユーザーなどによって着脱可能に構成されている。外部充電器500には、バッテリー上がりなどの緊急時に用いられる充電器だけでなく、複数の機器410及び420の使用などを目的とした平時に用いられる充電器も含まれる。外部充電器500は、リレー200と複数の機器410及び420とを接続する電源ラインに接続することが可能であり、リレー200を介してバッテリー300に充電用の電流を流すことができる。充電用の電流の一部は、電源用としてバッテリー監視ECU100に供給され、また複数の機器410及び420の消費用としても提供される。
バッテリー監視ECU100は、バッテリー300の状態を監視及び制御すると共に、リレー200の接続状態を制御する。このバッテリー監視ECU100は、取得部111、検出部112、制御部113、及び判定部114を含む制御装置110と、電圧計測部120と、電流計測部130と、を備えている。
取得部111は、電圧計測部120及び電流計測部130や、あるいは図示しない構成から、バッテリー300の物理量を取得する。バッテリー300の物理量としては、電圧、電流、及び温度などを例示できる。
検出部112は、所定の信号を検出する。この所定の信号とは、車両とバッテリーパックとの通信成立を認識することができる信号をいい、典型的には、バッテリー監視ECU100と車両の動作に関わる所定のシステムとの間で通信(CAN、LINなど)が成立したことを示す信号である。車両の動作に関わる所定のシステムとしては、車両のハイブリッド走行を制御するHV-ECUを例示できる。バッテリー監視ECU100がHV-ECUと通信でき、HV-ECUの状態が遷移した場合には、乗員に車両の始動の意思があると判断することができるため、又は後述するバッテリー300の仮異常の状態が本体ではなくセンサーの故障などであると判断することができるため、この信号の検出が行われる。
判定部114は、バッテリー診断を実施して、バッテリー300の状態を判定する。より具体的には、判定部114は、取得部111が取得したバッテリー300の物理量に基づいて、バッテリー300に関して所定の異常があるか否かを判定するバッテリー診断を実施する。このバッテリー診断で判定する所定の異常には、バッテリー300本体の異常のみではなく、バッテリー300の物理量の取得に用いられる各種センサーの異常(故障など)や接続配線の異常(断線など)も含まれる。判定部114は、バッテリー300の電流、電圧、及び温度が、それぞれに設定された所定の閾値以上また所定の時間以上であるか否かを判断することで、バッテリー300に関して異常が発生しているか否かを判定する。
制御部113は、車両に外部充電器500が接続されたか否かを判断する。より具体的には、制御部113は、外部充電器500がリレー200と機器410及び420との間の電源ラインに接続されたか否かを判断する。外部充電器500がこの電源ラインに接続されたか否かは、電源ラインの電圧変化を制御装置110が検知することなどによって判断可能である。また、制御部113は、車両に接続された外部充電器500が、車両の始動に関する所定の制御に必要な値を出力できているか否かを判断する。また、制御部113は、リレー200の接続状態を、導通状態(ON)又は非導通状態(OFF)に切り替えることを行う。このリレー200の状態の切り替えは、バッテリー300の物理量、検出部112による所定の信号の検出結果、リレー200の前後の電圧差、判定部114によるバッテリー診断の結果などに基づいて動的に制御される。このリレー制御については、後述する。
電圧計測部120は、バッテリー300の電圧を計測する。電圧の計測には、図示しない電圧センサーなどが用いられる。電圧計測部120が測定した電流は、制御装置110に出力される。
電流計測部130は、バッテリー300に流れる電流(放電電流及び充電電流)を計測する。電流の計測には、バッテリー300と直列に挿入された負荷Rに流れる電流を検出できる電流センサー(図示せず)などが用いられる。電流計測部130が測定した電流は、制御装置110に出力される。
上述した制御装置110は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスなどを含んだECUとして構成され得る。本実施形態の制御装置110は、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、上述した取得部111、検出部112、制御部113、及び判定部114の各機能の全部又は一部を実現する。
[制御]
図2、図3A、及び図3Bをさらに参照して、本実施形態に係る制御装置110が行う制御を説明する。図2は、制御装置110の各構成によって実行される第1例のリレー制御の処理手順を示すフローチャートである。図3A及び図3Bは、制御装置110の各構成によって実行される第2例のリレー制御の処理手順を示すフローチャートである。図3Aの処理と図3Bの処理とは、結合子X、Y、Zでそれぞれ結ばれる。
〔第1例〕
図2に示す第1例のリレー制御は、リレー200が電気的に遮断させた非導通状態(OFF)になると開始される。この第1例においてリレー200が非導通状態(OFF)になる場面としては、バッテリー300の蓄電量が所定の上限値を超えた状態(過充電状態)になった場合、バッテリー300の蓄電量が所定の下限値を超えた状態(過放電状態)になった場合、バッテリー300の温度が所定の上限値を超えた状態(過昇温状態)になった場合、車両が長い期間継続して駐車されている(長期放置)状態の場合、などを例示できる。
(ステップS201)
制御部113は、車両に外部充電器500が接続されたか否かを判断する。より具体的には、制御部113は、遮断させているリレー200を接続させるために必要な特定の操作として、外部充電器500がリレー200と機器410及び420との間の電源ラインに接続されたか否かを判断する。制御部113が車両に外部充電器500が接続されたと判断した場合に(ステップS201、はい)、ステップS202に処理が進む。
(ステップS202)
制御部113は、車両に接続された外部充電器500が第1閾値を出力しているか否かを判断する。この第1閾値とは、車両の始動に関する所定の制御(例えばREADY-ON)に必要な所定の電力値である。なお、電力値に代えて、電圧値や電流値を第1閾値としてもよい。制御部113が、外部充電器500が第1閾値を出力していると判断した場合は(ステップS202、はい)、ステップS203に処理が進み、外部充電器500が第1閾値を出力していないと判断した場合は(ステップS202、いいえ)、ステップS201に処理が進む。
(ステップS203)
検出部112は、所定の信号を検出したか否かを判断する。具体的には、複数の機器410及び420に含まれるHV-ECUと、バッテリー監視ECU100との間の通信が成立したか否かを判断する。検出部112が、所定の信号を検出したと判断した場合は(ステップS203、はい)、ステップS204に処理が進み、所定の信号を検出していないと判断した場合は(ステップS203、いいえ)、ステップS205に処理が進む。
(ステップS204)
制御部113は、次のステップS205で判定する第1時間を変更する。典型的には、制御部113は、第1時間を短くする変更を行う(例えば、4秒→1秒)。この変更は、一例として、外部充電器500の出力の安定を待つよりもリレー200の接続を優先させて、車両の始動機会を増やす目的で行われる。制御部113が第1時間を変更すると、ステップS205に処理が進む。
なお、このステップS204における第1時間の変更に関しては、機械学習の結果を加味してもよい。一例としては、ユーザーなどによるREADY-ON操作の回数をカウントしておき、カウント値が所定値よりも大きい場合には、第1時間をより短くすることが挙げられる。また、ユーザーなどによる車両始動時におけるバッテリー300の容量(SOC)を検出し、バッテリー300の容量が少ない場合には、第1時間をより短くすることが挙げられる。
(ステップS205)
制御部113は、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が、第1時間以上継続しているか否かを判断する。リレー200の前後の電圧差とは、リレー200の外部充電器500が接続された端子側の電圧値Vaと、リレー200のバッテリー300が接続された端子側の電圧値Vb(バッテリー300の物理量)との、電圧差(Va-Vb)である。電圧値Va及び電圧値Vbは、取得部111によって取得される。第2閾値は、リレー200を接続した際に、外部充電器500からバッテリー300に向けて車両に影響が及ぶような電流が瞬時に流れることを回避するために設定される所定の値である。第1時間は、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が安定的に継続しているか否かを判定するための待機時間である。制御部113が、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が第1時間以上継続していると判断した場合は(ステップS205、はい)、ステップS206に処理が進み、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が第1時間以上継続していないと判断した場合は(ステップS205、いいえ)、ステップS202に処理が進む。
(ステップS206)
制御部113は、リレー200を電気的に接続させた導通状態(ON)に切り替える。制御部113がリレー200を導通状態にすると、本リレー制御が終了する。以後、車両がREADY-ON状態などの始動可能な状態に遷移する。
このように、第1例のリレー制御では、車両とバッテリーパックとの通信成立が認識できれば、リレー200の電圧差の継続した安定状態を判定するよりも、リレー200の接続を優先させる。これにより、出力が弱い外部充電器500を車両に接続しても車両が始動できるので、車両の始動機会が増加する。
〔第2例〕
図3A及び図3Bに示す第2例のリレー制御は、リレー200が電気的に遮断させた非導通状態(OFF)になると開始される。この第2例においてリレー200が非導通状態(OFF)遮断状態になる場面としては、バッテリー300に関して所定の異常(後述する)が生じた場合を例示できる。
(ステップS301)
制御部113は、車両に外部充電器500が接続されたか否かを判断する。この処理は、上記第1例のステップS201と同様である。制御部113が車両に外部充電器500が接続されたと判断した場合に(ステップS301、はい)、ステップS302に処理が進む。
(ステップS302)
制御部113は、車両に接続された外部充電器500が第1閾値を出力しているか否かを判断する。この処理は、上記第1例のステップS202と同様である。制御部113が、外部充電器500が第1閾値を出力していると判断した場合は(ステップS302、はい)、ステップS303に処理が進み、外部充電器500が第1閾値を出力していないと判断した場合は(ステップS302、いいえ)、ステップS301に処理が進む。
(ステップS303)
判定部114は、取得部111が取得したバッテリー300の物理量に基づいて、バッテリー300に関して所定の異常があるか否かを判定するバッテリー診断を実施する。判定部114がバッテリー診断を実施すると、ステップS304に処理が進む。
(ステップS304)
判定部114は、バッテリー診断の結果、バッテリー300に関して所定の異常があるか否かを判定する。判定部114は、この時点でバッテリー300に関して異常がある場合には、仮異常として判定する。判定部114が、バッテリー300に関して所定の異常があると判断した場合は(ステップS304、はい)、ステップS305に処理が進み、バッテリー300に関して所定の異常がないと判断した場合は(ステップS304、いいえ)、ステップS309に処理が進む。
(ステップS305)
検出部112は、所定の信号を検出したか否かを判断する。この処理は、上記第1例のステップS203と同様である。検出部112が、所定の信号を検出したと判断した場合は(ステップS305、はい)、ステップS306に処理が進み、所定の信号を検出していないと判断した場合は(ステップS305、いいえ)、ステップS307に処理が進む。
(ステップS306)
制御部113は、後のステップS309で判定する第1時間を変更する。典型的には、制御部113は、第1時間を長くする変更を行う(例えば、4秒→7秒)。この変更は、一例として、後のステップS307においてバッテリー300に関する異常を確定させる時間を遅らせて、仮異常の段階で異常を確実に検知する目的で行われる。また、バッテリー診断は、本リレー制御によってバッテリー300を接続した後も周期的に実施される。このため、バッテリー300を急いで接続したことによって、バッテリー診断に外乱ノイズが加わって診断精度が低下したり、バッテリー300の電力消費が必要以上に進んだりすることを抑制する点においても、第1時間を長くすることが効果的である。制御部113が第1時間を変更すると、ステップS309に処理が進む。
なお、このステップS306における第1時間の変更に関しては、機械学習の結果を加味してもよい。一例としては、ユーザーなどによる充電の傾向を記録しておき、外部充電器500ではなく外部バッテリーを利用したジャンプスタートが多い場合には、第1時間をより長くすることが挙げられる。また、車両の仕向け地を記録しておき、出力が大きい充電器が接続される可能性が高い仕向け地である場合には、第1時間をより長くすることが挙げられる。
(ステップS307)
判定部114は、バッテリー300の仮異常を判定してから第2時間が経過したか否かを判断する。この第2時間は、仮異常を本異常に確定させるための所定の待機時間であり、バッテリー診断の内容などに応じて任意に設定される。第2時間は、上述した第1時間と同じでも異なってもよい。また、第2時間は、上記ステップS306において、第1時間と共に変更されてもよい。判定部114が、第2時間が経過したと判断した場合は(ステップS307、はい)、ステップS308に処理が進み、第2時間が経過していないと判断した場合は(ステップS307、いいえ)、ステップS303に処理が進む。
(ステップS308)
判定部114は、バッテリー300に関して所定の異常があることを確定する(本異常)。判定部114がバッテリーに関する異常を確定すると、リレー200を接続することなく本リレー制御が終了する。
(ステップS309)
制御部113は、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が、第1時間以上継続しているか否かを判断する。この処理は、上記第1例のステップS205と同様である。制御部113が、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が第1時間以上継続していると判断した場合は(ステップS309、はい)、ステップS310に処理が進み、リレー200の前後の電圧差が第2閾値未満である状態が第1時間以上継続していないと判断した場合は(ステップS309、いいえ)、ステップS302に処理が進む。
(ステップS310)
制御部113は、リレー200を電気的に接続させた導通状態(ON)に切り替える。制御部113がリレー200を導通状態にすると、本リレー制御が終了する。以後、車両がREADY-ON状態などの始動可能な状態に遷移する。
このように、第2例のリレー制御では、バッテリー300に関する異常の存在が疑わしい場合、車両とバッテリーパックとの通信成立が認識できれば、リレー200の接続よりもバッテリー300に関する異常の判定を優先させる。これにより、バッテリー300の診断の精度を向上が期待できる。
<作用・効果>
以上のように、本開示の一実施形態に係る制御装置では、バッテリーの物理量と車両とバッテリーパックとの通信成立の有無とに基づいて、バッテリーと複数の機器との間に設けられたリレーの非導通状態(OFF)から導通状態(ON)への切り替えタイミングを動的に制御する。また、本開示の一実施形態に係る制御装置では、バッテリーに関する異常の有無にも基づいて、バッテリーと複数の機器との間に設けられたリレーの非導通状態(OFF)から導通状態(ON)への切り替えタイミングを動的に制御する。
これらの制御によって、リレーを遮断状態から接続状態への切り替えを車両の状況に応じて適切に制御することができる。
以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、制御装置だけでなく、プロセッサとメモリを備えた制御装置が実行する制御方法、その制御方法の制御プログラム、その制御プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記録媒体、あるいは制御装置を搭載した車両などとして捉えることが可能である。
本開示の制御装置などは、車両に搭載されたバッテリーを制御する場合に利用可能である。
100 バッテリー監視ECU
110 制御装置
111 取得部
112 検出部
113 制御部
114 判定部
120 電圧計測部
130 電流計測部
200 リレー
300 バッテリー
410、420 機器
500 外部充電器

Claims (10)

  1. バッテリーを制御する制御装置であって、
    前記バッテリーの物理量を取得する取得部と、
    所定の信号を検出する検出部と、
    前記バッテリーの前記物理量に基づいて、前記バッテリーと前記バッテリーから電力が供給される所定の機器との間に設けられたリレーを制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記リレーを遮断しているとき、前記バッテリーの前記物理量が所定の条件を満足する状態が第1時間継続した場合、前記リレーを接続し、
    前記検出部において前記所定の信号が検出されたか否かによって前記第1時間を異ならせる、制御装置。
  2. 前記バッテリーの状態を判定する判定部をさらに備え、
    前記制御部は、前記リレーを遮断しているとき、前記判定部において前記バッテリーに関して異常があると判定された場合、前記リレーの遮断状態を維持する、請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記判定部は、所定の状態を検出することによって前記バッテリーが仮異常であると判定し、前記仮異常の状態が第2時間継続した場合に、前記バッテリーの異常を確定する、請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、前記判定部において前記バッテリーが仮異常であると判定された状態で、前記検出部において前記所定の信号が検出された場合、前記所定の信号が検出されなかったときと前記第1時間を異ならせる、請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記検出部において前記所定の信号が検出された場合、前記所定の信号が検出されない場合よりも前記第1時間を短くする、請求項1に記載の制御装置。
  6. 前記制御部は、前記リレーを遮断しているとき、前記リレーを介して前記バッテリーに接続される外部充電器の出力が所定値以下であれば、前記リレーの遮断状態を維持する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の制御装置。
  7. 前記制御装置が車両に搭載され、
    前記所定の信号は、前記制御装置と前記車両の動作に関わるシステムとの間で通信が成立したことを示す信号である、請求項1に記載の制御装置。
  8. 前記所定の条件は、前記リレーの前後の電圧差が所定の電圧値以下となることである、請求項1に記載の制御装置。
  9. バッテリーを制御する制御装置のコンピューターが実行する制御方法であって、
    前記バッテリーの物理量を取得するステップと、
    所定の信号を検出するステップと、
    前記バッテリーと前記バッテリーから電力が供給される所定の機器との間に設けられたリレーを遮断しているとき、前記バッテリーの前記物理量が所定の条件を満足する状態が第1時間継続した場合、前記リレーを接続するステップと、
    前記所定の信号が検出されたか否かによって前記第1時間を異ならせるステップと、を含む、制御方法。
  10. バッテリーを制御する制御装置のコンピューターに実行させる制御プログラムであって、
    前記バッテリーの物理量を取得するステップと、
    所定の信号を検出するステップと、
    前記バッテリーと前記バッテリーから電力が供給される所定の機器との間に設けられたリレーを遮断しているとき、前記バッテリーの前記物理量が所定の条件を満足する状態が第1時間継続した場合、前記リレーを接続するステップと、
    前記所定の信号が検出されたか否かによって前記第1時間を異ならせるステップと、を含む、制御プログラム。
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