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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022101802
(43)【公開日】2022-07-07
(54)【発明の名称】電動車両の制御装置
(51)【国際特許分類】
   G01R 31/392 20190101AFI20220630BHJP
   B60L 1/00 20060101ALI20220630BHJP
   B60R 16/04 20060101ALI20220630BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20220630BHJP
   H02J 7/00 20060101ALI20220630BHJP
   G01R 31/389 20190101ALI20220630BHJP
【FI】
G01R31/392
B60L1/00 L
B60R16/04 W
H01M10/48 P
H02J7/00 Q
G01R31/389
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020216108
(22)【出願日】2020-12-25
(71)【出願人】
【識別番号】598051819
【氏名又は名称】メルセデス・ベンツ グループ アクチェンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】Mercedes-Benz Group AG
【住所又は居所原語表記】Mercedesstrasse 120,70372 Stuttgart,Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100176946
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 智恵
(74)【代理人】
【識別番号】100092978
【弁理士】
【氏名又は名称】真田 有
(74)【代理人】
【識別番号】100111143
【弁理士】
【氏名又は名称】安達 枝里
(72)【発明者】
【氏名】植竹 忠一
【テーマコード(参考)】
2G216
5G503
5H030
5H125
【Fターム(参考)】
2G216AB01
2G216BA23
2G216BA41
2G216BA53
2G216CA04
2G216CD03
5G503AA01
5G503BA02
5G503BB01
5G503EA09
5G503FA06
5H030AA10
5H030AS08
5H030FF42
5H030FF43
5H030FF44
5H125AA01
5H125AC12
5H125BB09
5H125BC25
5H125DD05
5H125EE47
5H125EE70
(57)【要約】
【課題】補機用バッテリの劣化度を精度よく推定する。
【解決手段】電動車両1は駆動用バッテリ20と、補機用バッテリ30と、駆動用バッテリ20と補機用バッテリ30との間に接続された降圧コンバータ40と、を具備している。電動車両1の制御装置10は、電動車両1の始動プロセスが検知された場合、補機50の少なくとも一部を停止させる補機停止部11と、補機50を停止させた後、コンタクタ60がクローズしていない状態で補機用バッテリ30の第一電圧値V1を検出する第一バッテリ状態検出部12と、第一電圧値V1が検出された後、コンタクタ60がクローズした直後の補機用バッテリの第二電圧値V2および電流値A2を検出する第二バッテリ状態検出部13と、第一電圧値V1、第二電圧値V2、および電流値A2に基づき、補機用バッテリ30の劣化度を推定する劣化度推定部14と、を備えている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動用モータに電力を供給する駆動用バッテリと、補機に電力を供給する補機用バッテリと、前記駆動用バッテリと前記補機用バッテリとの間に接続された降圧コンバータと、を具備した電動車両の制御装置であって、
前記電動車両の始動プロセスが検知された場合、前記補機の少なくとも一部を停止させる補機停止部と、
前記補機停止部により前記補機の少なくとも一部を停止させた後、前記駆動用バッテリと前記降圧コンバータとの間のコンタクタがクローズしていない状態で前記補機用バッテリの第一電圧値を検出する第一バッテリ状態検出部と、
前記第一バッテリ状態検出部により前記第一電圧値が検出された後、前記コンタクタがクローズした直後の前記補機用バッテリの第二電圧値および電流値を検出する第二バッテリ状態検出部と、
前記第一および前記第二バッテリ状態検出部により検出された前記第一電圧値、前記第二電圧値、および前記電流値に基づき、前記補機用バッテリの劣化度を推定する劣化度推定部と、を備えた
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本件は、電動車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンにより駆動する車両(例えばディーゼルエンジン車)では、車両の始動時に補機用バッテリを用いてクランキングモータを駆動して、エンジンをクランキングさせることが行われていた。このように始動時に補機用バッテリを用いたクランキングが行われることは、結果的に補機用バッテリの劣化度を始動時毎に確認することとなり、補機用バッテリの劣化度をより正確に把握することに寄与していた。
【0003】
近年、環境負荷低減の観点からモータによって駆動する電動車両の開発が行われている。電動車両は、駆動力を発生させるモータに電力を供給する高電圧の駆動用バッテリと、補機に電力を供給する低電圧の補機用バッテリとを備えるものが知られている(例えば特許文献1を参照)。
電動車両では、始動時に補機用バッテリを用いたクランキングが不要であるため、ディーゼルエンジン車に比べて補機用バッテリの劣化度を確認する機会が少なくなり、結果として例えば突然のバッテリ上がりが発生するおそれがある。
このような課題に対し、電動車両においてステアリングモータをクランキングモータ代わりにして始動時に劣化判定を行う技術があった(例えば特許文献2を参照)。これによれば電動車両の始動時に補機用バッテリの劣化度を把握できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2018-78752号公報
【特許文献2】特開平8-336201号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献2の技術では、始動時に補機が作動することに伴い補機用バッテリの電力が消費されて電圧降下誤差が発生することがあるため、補機用バッテリの劣化度を正確に推定できないおそれがある。
よって、電動車両における補機用バッテリの劣化判定には改善の余地があった。
【0006】
本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、電動車両における補機用バッテリの劣化度をより精度よく推定できるようにした電動車両の制御装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本件は上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。
本適用例に係る電動車両の制御装置は、駆動用モータに電力を供給する駆動用バッテリと、補機に電力を供給する補機用バッテリと、前記駆動用バッテリと前記補機用バッテリとの間に接続された降圧コンバータと、を具備した電動車両の制御装置であって、前記電動車両の始動プロセスが検知された場合、前記補機の少なくとも一部を停止させる補機停止部と、前記補機停止部により前記補機の少なくとも一部を停止させた後、前記駆動用バッテリと前記降圧コンバータとの間のコンタクタがクローズしていない状態で前記補機用バッテリの第一電圧値を検出する第一バッテリ状態検出部と、前記第一バッテリ状態検出部により前記第一電圧値が検出された後、前記コンタクタがクローズした直後の前記補機用バッテリの第二電圧値および電流値を検出する第二バッテリ状態検出部と、前記第一および前記第二バッテリ状態検出部により検出された前記第一電圧値、前記第二電圧値、および前記電流値に基づき、前記補機用バッテリの劣化度を推定する劣化度推定部と、を備えたことを特徴としている。
【0008】
これにより、補機の少なくとも一部を停止して第一電圧値、第二電圧値、および電流値を検出することで、補機用バッテリの電力消費が抑制されて電圧降下誤差が発生しにくくなる。そのため、補機用バッテリの劣化度の推定に際して、電圧降下誤差の影響が抑制される。
【発明の効果】
【0009】
本件によれば、電動車両における補機用バッテリの劣化度をより精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】実施形態に係る電動車両のブロック図である。
図2図1の電動車両における劣化判定機能の説明図である。
図3図1の電動車両における劣化判定機能の説明図である。
図4図1の電動車両の制御装置で実施される制御の手順を例示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図面を参照して、本件の実施形態について説明する。この実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【0012】
[1.装置構成]
図1に示すように、本実施形態に係る電動車両の制御装置10は、走行駆動源として電動モータ2(「MOTOR」,駆動用モータ)を搭載した電動車両1に適用されている。ここでは電動車両1として、電動モータ2のみを駆動源とする電動車両である電気トラックを例示する。ただし、電動車両1は、電動モータとエンジン(内燃機関)とを駆動源とするハイブリッド車であってもよい。また、電動車両1は、トラックタイプに限定されるものではなく、一般的な乗用自動車、バス、及びその他の自動車のタイプであってもよい。
【0013】
電動車両1は、制御装置10のほか、駆動用バッテリ20(「HVB」)、補機用バッテリ30(「LVB」)と、DC-DCコンバータ40(「DCDC」)とを具備している。
駆動用バッテリ20は、電動車両1を走行させるためのエネルギー源として電動モータ2に高電圧の電力を供給する二次電池である。駆動用バッテリ20は、例えばリチウムイオン電池である。
補機用バッテリ30は、補機50(「AUX」)に低電圧の電力を供給する二次電池である。補機用バッテリ30は、例えば鉛蓄電池である。
【0014】
DC-DCコンバータ40は、駆動用バッテリ20と補機用バッテリ30との間に接続されており、駆動用バッテリ20から供給される高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に降圧させて補機用バッテリ30を充電する降圧コンバータである。
DC-DCコンバータ40を介して供給される電力により、補機用バッテリ30が充電されるようになっている。
【0015】
DC-DCコンバータ40と駆動用バッテリ20との間にはコンタクタ60が介設されている。コンタクタ60は、駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40との間の導電路を断接する電磁接触器であり、駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40とを電気的に断接制御する。
コンタクタ60がクローズされている(閉の)状態で、駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40とが電気的に接続され、コンタクタ60がクローズされていない(開の)状態で、駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40とが遮断される。図1には、コンタクタ60がクローズされていない状態が示されている。
【0016】
補機50は、電動車両1に搭載される電動機器のうち、補機用バッテリ30から供給される低電圧で動作する各種電装品である。補機50の具体例として、ポンプ類,車内のエアコン装置,ワイパー,ヘッドライト,テールライト,ディスプレイ70(「DISPLAY」)などを挙げることができる。
補機50の一つであるディスプレイ70(「DISPLAY」)は、電動車両1の車内に設けられた表示装置であり、例えば運転席の近傍に配置されている。
【0017】
制御装置10は、電動車両1に搭載された各種装置を統合制御する電子制御装置である。以下、制御装置10をVCU(Vehicle Control Unit)10ともいう。
VCU10には、上述した電動モータ2,駆動用バッテリ20,DC-DCコンバータ40,補機50などが接続されている。
本実施形態のVCU10は、詳しくは以下に説明する補機用バッテリ30が劣化しているか否かを判定する機能(劣化判定機能)を備えている。
【0018】
[2.制御構成]
本実施形態のVCU10は、補機停止部11と、第一検出部12と、第二検出部13と、推定部14とを備えている。要素11~14は、上記の劣化判定機能を実施するための要素として設けられている。
ここでは、これらの要素11~14がいずれもソフトウェアで実現されるものとする。ただし、これらの要素11~14は、ハードウェア(電子回路)で実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとが併用されて実現されてもよい。
【0019】
補機停止部11は、電動車両1の始動プロセスが検知されたときに、補機50の少なくとも一部を停止する制御を実施している。運転者により図示しない始動スイッチがオンされて始動プロセスの開始が要求されたときに、始動プロセスが検知される。
本実施形態において、補機停止部11により停止される「補機50の少なくとも一部」は、補機50のうちで電動車両1の始動プロセスに必要ではない電装品のすべてである。補機50のうち始動プロセスに必要ではない電装品として、具体的には、バキュームポンプ,クーリングポンプ,パワステオイルポンプ,エアコンファン,ヘッドライトなどを例に挙げることができる。
【0020】
第一検出部12は、補機停止部11により補機50の少なくとも一部を停止させた後、コンタクタ60がクローズされていない状態で、補機用バッテリ30の電圧値(「第一電圧値V1」と称する)を検出する検出手段(第一バッテリ状態検出部)である。
始動プロセスが開始すると、駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40とが駆動される。そのため、第一検出部12は、駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40とが駆動された後、コンタクタ60がクローズされていない状態で、第一電圧値V1を検出するものとも言える。
【0021】
本実施形態で補機用バッテリ30の第一電圧値V1は、DC-DCコンバータ40に搭載された電圧計(図示せず)を用いて測定され、DC-DCコンバータ40からVCU10に送信されるものとする。
第一電圧値V1は、劣化判定機能においてリファレンス値の一つとして用いられる数値であり、補機用バッテリ30の開放電圧に対応している。
【0022】
第二検出部13は、第一検出部12により第一電圧値V1が検出された後、コンタクタ60がクローズされた直後の補機用バッテリ30の電圧値(「第二電圧値V2」と称する)と電流値(「電流値A2」と称する)とを検出する検出手段(第二バッテリ状態検出部)である。
本実施形態で補機用バッテリ30の第二電圧値V2および電流値A2は、DC-DCコンバータ40に搭載された電圧計および電流計(いずれも図示せず)を用いて測定され、DC-DCコンバータ40からVCU10に送信されるものとする。
【0023】
第二電圧値V2および電流値A2は、劣化判定機能においてリファレンス値の一つとして用いられる数値である。
第二電圧値V2は、DC-DCコンバータ40が補機用バッテリ30を充電する際の出力電圧(充電器電圧)に対応している。電位差がないと補機用バッテリ30の充電ができないため、第二電圧値V2は第一電圧値V1よりも大きい値に設定されている。
電流値A2は、補機用バッテリ30から出力される電流値である。補機用バッテリ30が健全であれば補機用バッテリ30の内部抵抗が小さくなるため、補機用バッテリ30が劣化した状態に比べて電流値A2は大きい値になる。補機用バッテリ30が劣化していると補機用バッテリ30の内部抵抗が大きくなるため、補機用バッテリ30が健全な状態に比べて電流値A2は小さい値になる。
【0024】
推定部14(劣化度推定部)は、第一検出部12および第二検出部13により検出された第一電圧値V1、第二電圧値V2、および電流値A2に基づき補機用バッテリ30の劣化度を推定する制御を実施している。
具体的には、推定部14は、下記の式1を用いて第一電圧値V1、第二電圧値V2、および電流値A2に基づく補機用バッテリ30の内部抵抗値Rを算出している。
R=(V2-V1)/A2・・・式1
内部抵抗値Rは補機用バッテリ30の内部抵抗の推定値である。
【0025】
補機用バッテリ30が健全であれば内部抵抗値Rは、補機用バッテリ30が劣化した状態に比べて小さい値になる。補機用バッテリ30が劣化していると内部抵抗値Rは、補機用バッテリ30が健全な状態に比べて大きい値になる。
推定部14では、算出した内部抵抗値Rと所定の閾値Rthとの比較により補機用バッテリ30が劣化しているか否か、言い換えれば補機用バッテリ30が健全な状態であるか否かが判定されている。「健全な状態」とは、補機用バッテリ30が劣化していないか、または、劣化度が小さいと推定される状態である。
【0026】
閾値Rthは、補機用バッテリ30が劣化しているか否かを判定するために設定された規定値である。推定部14は、内部抵抗値Rが所定の閾値Rthよりも小さければ補機用バッテリ30が劣化していない(言い換えれば、健全な状態である)ものと判定し、内部抵抗値Rが所定の閾値Rth以上である場合は補機用バッテリ30が劣化しているものと判定する。
閾値Rthは、シミュレーションや実験により適宜に設定されうる。
【0027】
図2および図3を用いて、電動車両1における劣化判定機能を説明する。
図2は電動車両1の始動時で、コンタクタ60がクローズされていない(開の)状態を示している。図3は電動車両1の始動時で、コンタクタ60がクローズされた直後(閉直後)の状態を示している。
電動車両1の始動時には、図2に示すように、コンタクタ60はクローズされていない状態である。この状態で、駆動用バッテリ20やDC-DCコンバータ40をはじめとする各装置が駆動されるが、始動プロセスに必要ではない補機50のすべてに対して補機停止部11から停止命令が送信され、これらの補機50が停止される。停止されている補機50には補機用バッテリ30の電力が供給されない。そのため、補機50の電力消費による補機用バッテリ30の電圧降下の発生が抑制される。
【0028】
始動プロセスにより駆動用バッテリ20とDC-DCコンバータ40とが駆動された後、コンタクタ60がクローズされていない状態で、補機用バッテリ30の第一電圧値V1が第一検出部12によって検出される。
第一電圧値V1が検出された後、図3に示すようにコンタクタ60がクローズされると、コンタクタ60がクローズされた直後の補機用バッテリ30の第二電圧値V2と電流値A2とが第二検出部13によって検出される。
第一電圧値V1,第二電圧値V2および電流値A2が検出されるとき、始動プロセスに必要ではない補機50は停止されたままである。そのため、第一電圧値V1,第二電圧値V2および電流値A2の検出に際して、補機用バッテリ30の電圧降下による誤差の発生が抑制される。
【0029】
第二検出部13により第二電圧値V2と電流値A2とを検出した後、推定部14が、第一電圧値V1,第二電圧値V2および電流値A2に基づいて内部抵抗値Rを算出して補機用バッテリ30の劣化度を推定し、補機用バッテリ30が劣化しているか否かが判定される。
上記のように補機用バッテリ30の電圧降下による誤差の発生が抑制されているので、補機用バッテリ30の劣化度の推定に際して、電圧降下誤差の影響を受けにくくなる。よって、補機用バッテリ30の劣化度がより正確に推定されるようになる。
【0030】
[3.フローチャート]
図4は、VCU10で実施される制御の手順を示すフローチャートである。図4のフローは、運転者により図示しない始動スイッチがオンされて始動プロセスの開始が要求されたとき(始動プロセスが検知されたとき)に開始される。
ステップS1では、補機停止部11が始動プロセスに必要ではない補機50のすべてを停止する。ステップS2では、第一検出部12が補機用バッテリ30の第一電圧値V1を検出する。ステップS3ではコンタクタ60がクローズされる。
【0031】
ステップS4では、第二検出部13が補機用バッテリ30の第二電圧値V2と電流値A2とを検出する。ステップS5では、推定部14が上記の式1を用いて内部抵抗値Rを算出する。ステップS6では、上記のステップS1で停止された補機50の動作を開始する。
そして、ステップS7では、上記のステップS5で算出した内部抵抗値Rと閾値Rthとの比較により補機用バッテリ30が劣化しているか否かを、推定部14が判定する。
【0032】
内部抵抗値Rが閾値Rth以上である場合(ステップS7のYES)、補機用バッテリ30が劣化していると判定され、ステップS8で補機用バッテリ30が劣化している旨の報知が実施されて、処理が終了する。具体的には、例えばディスプレイ70の表示により補機用バッテリ30が劣化している旨の報知が実施される。
内部抵抗値Rが閾値Rthよりも小さい場合(ステップS7のNO)、ステップS8の報知を実施せずに、処理が終了する。
【0033】
[4.作用及び効果]
本実施形態のVCU10は、補機停止部11により補機50の少なくとも一部を停止した状態で、第一検出部12および第二検出部13により第一電圧値V1,第二電圧値V2および電流値A2を検出しているので、補機50の作動に伴う補機用バッテリ30の電力消費が抑制されて電圧降下誤差が発生しにくくなる。そのため、推定部14における劣化度の推定では、電圧降下誤差の影響が抑制される。よって、補機用バッテリ30の劣化度を精度よく推定することができる。
【0034】
[5.変形例]
補機50のうち、補機停止部11により停止されない機器(始動に必要な補機50)で消費される電流値A3が既知である場合には、内部抵抗値Rの算出に用いる電流値A2を電流値A3に補正してもよい。これにより、補機用バッテリの劣化度の推定精度を向上させることができる。
上記の実施形態の説明では、第一検出部12、第二検出部13および推定部14をVCU10に設ける構成を例に挙げたが、第一検出部12、第二検出部13および推定部14の機能はDC-DCコンバータ40に搭載された電子制御装置に設けられていてもよい。
【0035】
上記の実施形態の説明では、ディスプレイ70の表示により補機用バッテリ30が劣化している旨の報知が行われる構成を例に挙げたが、これに限らず、例えば警告音を発生することにより補機用バッテリ30が劣化している旨の報知が行われる構成であってもよい。
図4のフローチャートに示す手順は一例であって上記に限定されない。例えば、補機50の動作を開始するステップ(上記のステップS6)が、劣化判定ステップ(上記のステップS7)および報知ステップ(上記のステップS8)の後に実施されてもよい。
【符号の説明】
【0036】
1 電動車両
2 電動モータ
10 制御装置
11 補機停止部
12 第一検出部(第一バッテリ状態検出部)
13 第二検出部(第二バッテリ状態検出部)
14 推定部(劣化度推定部)
20 駆動用バッテリ
30 補機用バッテリ
40 DC-DCコンバータ(降圧コンバータ)
50 補機
60 コンタクタ
70 ディスプレイ
図1
図2
図3
図4