JP5730975B2

JP5730975B2 - 電動車両

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Publication number: JP5730975B2
Application number: JP2013213707A
Authority: JP
Inventors: 陽一泉; 村上　司; 司村上
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: US20150102666A1; US9623754B2; CN104553814A; JP2015077042A; CN104553814B; DE102014114682B4; DE102014114682A1

Description

本発明は、第１蓄電体とこれよりも高電圧の第２蓄電体とを備える電動車両に関する。

動力源として電動モータを備えた電気自動車や、動力源としてエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド自動車等が開発されている。これらの電動車両には、電動モータの電源として高電圧バッテリが搭載されている。また、車両衝突時の安全性を確保するため、車両衝突時に電気系統から高電圧バッテリを切り離す電動車両が開発されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−６２９０９号公報

ところで、車両が衝突した場合には、高電圧バッテリにも大きな衝撃が作用しており、高電圧バッテリの内部が損傷している虞があることから、その後の高電圧バッテリの取扱いには注意が必要となる。このため、高電圧バッテリが衝撃を受けたことを履歴として残すため、車両衝突時にコントローラ等に対して衝突情報を記録することが考えられる。しかしながら、コントローラ等の電源は低電圧の補機用バッテリであることが多く、車両衝突時に補機用バッテリが壊れた場合には衝突情報を記録することが不可能であった。

本発明の目的は、車両衝突時に衝突情報を記録することにある。

本発明の電動車両は、第１蓄電体とこれよりも高電圧の第２蓄電体とを備える電動車両であって、前記第１蓄電体の出力を検出する出力検出部と、車両衝突を検出する衝突検出部と、前記第１蓄電体が電源として接続され、前記衝突検出部からの衝突情報を記録する情報記録部と、前記第２蓄電体と前記情報記録部との間に設けられ、前記第２蓄電体と前記情報記録部とを切り離す第１状態と、前記第２蓄電体と前記情報記録部とを接続する第２状態と、に切り替えられる回路開閉部と、前記衝突検出部によって車両衝突が検出され、前記出力検出部によって前記第１蓄電体の出力低下が検出された場合に、前記回路開閉部を第１状態から第２状態に切り替える制御部と、を有し、前記衝突検出部によって車両衝突が検出され、前記出力検出部によって前記第１蓄電体の出力低下が検出された場合に、前記情報記録部は前記第２蓄電体を電源に用いて前記衝突検出部からの衝突情報を記録する。

本発明によれば、衝突検出部によって車両衝突が検出され、出力検出部によって第１蓄電体の出力低下が検出された場合に、情報記録部は第２蓄電体を電源に用いて衝突検出部からの衝突情報を記録する。これにより、第１蓄電体が電源として機能しない場合であっても、情報記録部に衝突情報を記録することが可能となる。

本発明の一実施の形態である電動車両の電気系統の一部を示す概略図である。バッテリパックの構成を示す概略図である。（ａ）はノア回路の処理結果を示す表である。（ｂ）はアンド回路の処理結果を示す表である。車両衝突から履歴情報が記録されるまでの手順を示すタイミングチャートである。車両衝突から履歴情報が記録されるまでの手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である電動車両１０の電気系統の一部を示す概略図である。図１に示すように、電動車両１０は、駆動輪１１に連結される電動モータ１２を有している。電動モータ１２にはインバータ１３が接続されており、インバータ１３にはメインリレー１４を介して高電圧バッテリ（第２蓄電体）１５が接続されている。電動モータ１２の電源となる高電圧バッテリ１５は、バッテリコントローラ（ＢＣＵ）１６と共にバッテリパック１７に組み込まれている。すなわち、高電圧バッテリ１５とバッテリコントローラ１６とは一体に設けられている。また、バッテリコントローラ１６は、高電圧バッテリ１５の充放電を制御する機能を有するだけでなく、後述するように、車両衝突時に衝突情報を記録する機能を有している。なお、バッテリコントローラ１６は、制御信号等を演算するＣＰＵ、制御プログラムやマップデータ等を格納するＲＯＭ、一時的にデータを格納するＲＡＭ等によって構成される。

電動車両１０は、エアバッグシステム２０を有している。エアバッグシステム２０は、車両衝突時に展開されるエアバッグモジュール２１と、車両衝突時の方向や加速度等を検出する衝突センサ２２とを有している。また、エアバッグシステム２０は、エアバッグモジュール２１に展開信号を出力するエアバッグコントローラ（Ａ／ＢＥＣＵ）２３を有している。エアバッグコントローラ２３は、衝突センサ２２からの信号に基づいて衝突の大きさを検知し、エアバッグモジュール２１の展開が必要な衝突であるか否かを判断している。すなわち、エアバッグコントローラ２３は、車両衝突を検出する衝突検出部として機能している。なお、エアバッグコントローラ２３は、制御信号等を演算するＣＰＵ、制御プログラムやマップデータ等を格納するＲＯＭ、一時的にデータを格納するＲＡＭ等によって構成される。

また、電動車両１０は、バッテリコントローラ１６やエアバッグコントローラ２３等の電源として機能する低電圧バッテリ（第１蓄電体）２４を有している。低電圧バッテリ２４の正極端子２５には電源ライン２６が接続されており、低電圧バッテリ２４の正極端子２５にはイグニッションスイッチ２７を介して電源ライン２８が接続されている。電源ライン２６，２８には、エアバッグコントローラ２３が接続されるとともに、遮断リレーユニット２９を介してバッテリコントローラ１６が接続されている。なお、バッテリコントローラ１６およびエアバッグコントローラ２３は、電源ライン２６から供給される電力によって作動している。また、低電圧バッテリ２４としては、例えば、出力電圧が約１２Ｖの鉛バッテリが用いられる。さらに、前述した高電圧バッテリ１５としては、例えば、出力電圧が約１００Ｖのニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリが用いられる。このように、電動車両１０には、低電圧バッテリ２４とこれよりも高電圧の高電圧バッテリ１５とが設けられている。また、低電圧バッテリ２４は、エンジンルーム等の車体前部に設置され、高電圧バッテリ１５は、トランクルーム等の車体後部に設置される。

図２はバッテリパック１７の構成を示す概略図である。図２に示すように、情報記録部として機能するバッテリコントローラ１６は、電動車両１０の衝突情報を履歴として記録する履歴情報記録部３０を有している。電動車両１０が衝突した場合には、高電圧バッテリ１５にも大きな衝撃が作用しており、高電圧バッテリ１５が損傷している虞があることから、その後の高電圧バッテリ１５の取扱いには注意が必要となる。このため、バッテリパック１７内のバッテリコントローラ１６に衝突情報を記録することにより、衝突後にバッテリパック１７が他の用途で利用される場合であっても、バッテリパック１７を利用する際の安全性を高めることが可能となる。すなわち、バッテリコントローラ１６の衝突情報を確認することにより、バッテリパック１７が衝突したものであることを利用者が容易に確認することが可能となり、バッテリパック１７を利用する際の安全性を高めることが可能となる。これを実現するためには、車両衝突時にバッテリコントローラ１６に対して衝突情報を確実に記録することが必要であるが、バッテリコントローラ１６の電源は車体前部に搭載される低電圧バッテリ２４である。このため、車両衝突時に低電圧バッテリ２４が破壊されてバッテリコントローラ１６が停止し、バッテリコントローラ１６に衝突情報が記録されない虞がある。

そこで、バッテリコントローラ１６と高電圧バッテリ１５との間には、電源リレーユニット（回路開閉部）３１が設けられている。図２に示すように、高電圧バッテリ１５は、直列接続される複数のバッテリセル（蓄電要素）３２ａ〜３２ｆを有している。なお、図２にはバッテリセルの一部としてバッテリセル３２ａ〜３２ｆを示している。高電圧バッテリ１５とバッテリコントローラ１６との間に設けられる電源リレーユニット３１は、開放状態と接続状態とに切り替えられる一対の半導体リレー３３，３４を備えている。一方の半導体リレー３３は、高電圧バッテリ１５のバッテリセル３２ｂ，３２ｃ間に接続される通電ライン３５と、バッテリコントローラ１６の電源接続部３６に接続される通電ライン３７との間に設けられる。他方の半導体リレー３４は、高電圧バッテリ１５のバッテリセル３２ｄ，３２ｅ間に接続される通電ライン３８と、バッテリコントローラ１６の電源接続部３６に接続される通電ライン３９との間に設けられる。

双方の半導体リレー３３，３４を開放状態に切り替えると、電源リレーユニット３１は開放状態（第１状態）となり、電源リレーユニット３１を介して電源接続部３６と２つのバッテリセル３２ｃ，３２ｄとは切り離される。一方、双方の半導体リレー３３，３４を接続状態に切り替えると、電源リレーユニット３１は接続状態（第２状態）となり、電源リレーユニット３１を介して電源接続部３６と２つのバッテリセル３２ｃ，３２ｄとは接続される。ここで、各バッテリセル３２ａ〜３２ｆの出力電圧は約６Ｖであることから、電源接続部３６には２つのバッテリセル３２ｃ，３２ｄから約１２Ｖの電力が供給される。このように、バッテリコントローラ１６の電源接続部３６には、低電圧バッテリ２４を電源とする第１電源系４１が接続されるとともに、高電圧バッテリ１５の一部を電源とする第２電源系４２が接続されている。前述したように、第１電源系４１の出力電圧は約１２Ｖであり、第２電源系４２の出力電圧は第１電源系４１と同様の約１２Ｖとなっている。

また、制御部として機能するバッテリコントローラ１６は、電源リレーユニット３１および遮断リレーユニット２９等を制御する制御部４３を有している。制御部４３には、履歴情報（衝突情報）を記録する履歴情報記録部３０が接続されるとともに、エアバッグコントローラ２３からの衝突信号を受信する衝突信号受信部４４が接続されている。また、制御部４３には、ノア回路４５およびアンド回路４６からなる論理回路部４７が接続されている。ノア回路４５には、電源ライン２６から第１電源信号（＋Ｂ）が入力され、電源ライン２８から第２電源信号（ＩＧＮ）が入力される。また、アンド回路４６には、ノア回路４５の処理結果が入力され、衝突信号受信部４４から衝突信号が入力され、履歴情報記録部３０から履歴情報が入力される。

ここで、図３（ａ）はノア回路４５の処理結果を示す表であり、図３（ｂ）はアンド回路４６の処理結果を示す表である。図３（ａ）に示すように、ノア回路４５は、第１電源信号（＋Ｂ）と第２電源信号（ＩＧＮ）との双方が低電位信号（０）であるとき、処理結果として高電位信号（１）を出力する。このように、低電圧バッテリ２４の出力電圧が低下している場合、つまり低電圧バッテリ２４が電源として機能しなくなる虞がある場合には、ノア回路４５は処理結果として高電位信号（１）を出力する。このように、バッテリコントローラ１６は、低電圧バッテリ２４の出力を検出する出力検出部として機能している。また、図３（ｂ）に示すように、アンド回路４６は、衝突信号受信部４４に履歴情報が記録されておらず、衝突信号受信部４４によって衝突信号が受信されており、かつノア回路４５の処理結果が高電位信号（１）であるとき、処理結果として高電位信号（１）を出力する。そして、アンド回路４６から高電位信号（１）を受信した制御部４３は、後述するように、電源リレーユニット３１および遮断リレーユニット２９を制御してバッテリコントローラ１６の電源を確保し、バッテリコントローラ１６に衝突の履歴情報を記録する。

続いて、車両衝突からバッテリコントローラ１６に履歴情報を記録するまでの手順をタイミングチャートに沿って説明する。図４は車両衝突から履歴情報が記録されるまでの手順を示すタイミングチャートである。図４に示すように、電動車両１０が障害物等に衝突し（符号ａ）、エアバッグコントローラ２３によって車両衝突であると判定されると（符号ｂ）、エアバッグコントローラ２３からバッテリコントローラ１６に衝突信号が送信される（符号ｃ）。また、第１電源信号（＋Ｂ）および第２電源信号（ＩＧＮ）が共に低電位信号となると（符号ｄ，ｅ）、ノア回路４５から高電位信号が出力される（符号ｆ）。そして、ノア回路４５から高電位信号が出力され（符号ｆ）、バッテリコントローラ１６が衝突信号を受信し（符号ｃ）、かつバッテリコントローラ１６に履歴情報が記録されてない場合に（符号ｇ）、アンド回路４６から高電位信号が出力される（符号ｈ）。

そして、アンド回路４６から高電位信号が出力されると（符号ｈ）、バッテリコントローラ１６は、遮断リレーユニット２９を開放状態に切り替え（符号ｉ）、電源リレーユニット３１を接続状態に切り替える（符号ｊ）。すなわち、バッテリコントローラ１６は、車両衝突に伴って低電圧バッテリ２４が電源として機能しなくなる虞がある場合に、バッテリコントローラ１６の電源を低電圧バッテリ２４から高電圧バッテリ１５に切り替えている。これにより、低電圧バッテリ２４が電源として機能しない場合であっても、バッテリコントローラ１６を正常に機能させることが可能となる。そして、バッテリコントローラ１６は、履歴情報記録部３０への書き込み動作を実行し（符号ｋ）、履歴情報記録部３０に車両衝突の履歴情報を記録する（符号ｌ）。

また、バッテリコントローラ１６に対する履歴情報の記録が完了すると（符号ｌ）、電源リレーユニット３１が接続状態から開放状態に切り替えられる（符号ｍ）。これにより、バッテリコントローラ１６から高電圧バッテリ１５を切り離すことができ、安全性を向上させることが可能となる。また、バッテリコントローラ１６に対する電力供給が遮断されるため、高電圧バッテリ１５の劣化を抑制することが可能となる。特に、電源リレーユニット３１を接続状態に切り替えた場合には、高電圧バッテリ１５を構成する一部のバッテリセル３２ｃ，３２ｄが放電されるため、各バッテリセル３２ａ〜３２ｆの電圧にバラツキが生じることになる。すなわち、各バッテリセル３２ａ〜３２ｆの容量偏差が拡大することになるが、電源リレーユニット３１を開放状態に切り替えることにより、容量偏差の拡大を抑制して高電圧バッテリ１５の性能を維持することが可能となる。

続いて、車両衝突からバッテリコントローラ１６に履歴情報を記録するまでの手順をフローチャートに沿って説明する。図５は車両衝突から履歴情報が記録されるまでの手順を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ１０では、バッテリコントローラ１６に履歴情報が記録されているか否かが判定される。ステップＳ１０において、車両衝突が発生していないにも拘わらず履歴情報が記録済であると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、高電圧バッテリ１５のメインリレー１４が開放状態に切り替えられ、ステップＳ１２に進み、システムエラーが出力される。一方、ステップＳ１０において、履歴情報が記録されていないと判定された場合には、ステップＳ１３に進み、エアバッグコントローラ２３から衝突信号を受信しているか否かが判定される。ステップＳ１３において、衝突信号を受信していると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、バッテリコントローラ１６に衝突信号が記録される。続くステップＳ１５では、バッテリコントローラ１６が規定回数以上の衝突信号を受信したか否かが判定される。ステップＳ１５において、規定回数以上の衝突信号を受信していると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、高電圧バッテリ１５のメインリレー１４が開放状態に切り替えられ、ステップＳ１２に進み、システムエラーが出力される。

また、ステップＳ１５において、規定回数以上の衝突信号を受信していないと判定された場合には、ステップＳ１６に進み、低電圧バッテリ２４の出力が低下しているか否かが判定される。ステップＳ１６において、低電圧バッテリ２４の出力低下が認められない場合には、ステップＳ１７に進み、バッテリコントローラ１６から衝突信号が消去され、再びステップＳ１０から各種条件が判定される。一方、ステップＳ１６において、低電圧バッテリ２４の出力低下が認められた場合には、ステップＳ１８に進み、遮断リレーユニット２９が開放状態に切り替えられ、ステップＳ１９に進み、電源リレーユニット３１が接続状態に切り替えられる。すなわち、バッテリコントローラ１６は、車両衝突に伴って低電圧バッテリ２４が電源として機能しなくなる虞がある場合に、バッテリコントローラ１６の電源を低電圧バッテリ２４から高電圧バッテリ１５に切り替えている。これにより、低電圧バッテリ２４が電源として機能しない場合であっても、バッテリコントローラ１６を正常に機能させることが可能となる。

次いで、ステップＳ２０に進み、バッテリコントローラ１６に対する車両衝突の履歴情報の記録が開始され、続くステップＳ２１において、履歴情報の記録が完了すると、ステップＳ２２に進み、電源リレーユニット３１が接続状態から開放状態に切り替えられる。これにより、バッテリコントローラ１６から高電圧バッテリ１５を切り離すことができ、安全性を向上させることが可能となる。また、バッテリコントローラ１６に対する電力供給が遮断されるため、高電圧バッテリ１５の劣化を抑制することが可能となる。特に、電源リレーユニット３１を接続状態に切り替えた場合には、高電圧バッテリ１５を構成する一部のバッテリセル３２ｃ，３２ｄが放電されるため、各バッテリセル３２ａ〜３２ｆの電圧にバラツキが生じることになる。すなわち、各バッテリセル３２ａ〜３２ｆの容量偏差が拡大することになるが、電源リレーユニット３１を開放状態に切り替えることにより、容量偏差の拡大を抑制して高電圧バッテリ１５の性能を維持することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。本発明が適用される電動車両１０としては、動力源として電動モータ１２を備えた電気自動車であっても良く、動力源として電動モータ１２およびエンジンを備えたハイブリッド自動車であっても良い。さらに、電動車両１０としては、外部電源を用いた充電が可能な所謂プラグイン方式のハイブリッド自動車であっても良い。また、前述の説明では、低電圧バッテリ２４の出力低下を判定するため、第１電源信号（＋Ｂ）と第２電源信号（ＩＧＮ）とを用いているが、これに限られることはなく、第１電源信号（＋Ｂ）または第２電源信号（ＩＧＮ）の一方だけを用いても良い。さらに、低電圧バッテリ２４の電流値に基づいて、低電圧バッテリ２４の出力低下を判定しても良い。

前述の説明では、バッテリコントローラ１６を、出力検出部、情報記録部および制御部として機能させているが、これに限られることはなく、他のコントローラを出力検出部、情報記録部あるいは制御部として機能させても良い。また、前述の説明では、エアバッグコントローラ２３を衝突検出部として機能させているが、これに限られることはなく、他のコントローラを衝突検出部として機能させても良い。また、前述の説明では、回路開閉部として機能する電源リレーユニット３１を半導体リレー３３，３４によって構成しているが、これに限られることはなく、電磁力によって駆動されるリレーやコンタクタ等を用いて電源リレーユニット３１を構成しても良い。さらに、電源リレーユニット３１は一対の半導体リレー３３，３４を備えているが、これに限られることはなく、１つの半導体リレーによって遮断リレーユニット２９を構成しても良い。

図４に示す場合には、遮断リレーユニット２９を開放した後に電源リレーユニット３１を接続しているが、これに限られることはなく、電源リレーユニット３１を接続した後に遮断リレーユニット２９を開放しても良い。また、同じタイミングで、遮断リレーユニット２９を開放し、電源リレーユニット３１を接続しても良い。なお、低電圧バッテリ２４や高電圧バッテリ１５としては、如何なる形式の蓄電体であっても良い。例えば、鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等を用いることが可能である。

１０電動車両
１５高電圧バッテリ（第２蓄電体）
１６バッテリコントローラ（出力検出部，情報記録部，制御部）
２３エアバッグコントローラ（衝突検出部）
２４低電圧バッテリ（第１蓄電体）
３１電源リレーユニット（回路開閉部）
３２ａ〜３２ｆバッテリセル（蓄電要素）

Claims

第１蓄電体とこれよりも高電圧の第２蓄電体とを備える電動車両であって、
前記第１蓄電体の出力を検出する出力検出部と、
車両衝突を検出する衝突検出部と、
前記第１蓄電体が電源として接続され、前記衝突検出部からの衝突情報を記録する情報記録部と、
前記第２蓄電体と前記情報記録部との間に設けられ、前記第２蓄電体と前記情報記録部とを切り離す第１状態と、前記第２蓄電体と前記情報記録部とを接続する第２状態と、に切り替えられる回路開閉部と、
前記衝突検出部によって車両衝突が検出され、前記出力検出部によって前記第１蓄電体の出力低下が検出された場合に、前記回路開閉部を第１状態から第２状態に切り替える制御部と、
を有し、
前記衝突検出部によって車両衝突が検出され、前記出力検出部によって前記第１蓄電体の出力低下が検出された場合に、前記情報記録部は前記第２蓄電体を電源に用いて前記衝突検出部からの衝突情報を記録する、電動車両。
請求項１記載の電動車両において、
前記第２蓄電体と前記情報記録部とは、一体に設けられる、電動車両。
請求項１または２記載の電動車両において、
前記情報記録部が前記第２蓄電体を電源に用いて衝突情報を記録した後に、前記制御部は前記回路開閉部を第２状態から第１状態に切り替える、電動車両。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両において、
前記第２蓄電体は、直列接続される複数の蓄電要素を備え、
第２状態に切り替えられた前記回路開閉部は、前記複数の蓄電要素の一部と前記情報記録部とを接続する、電動車両。