JP2004007915A

JP2004007915A - 車両管理システム

Info

Publication number: JP2004007915A
Application number: JP2002160185A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nanba; 難波　篤史; Nobuhiro Hagura; 羽倉　信宏
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】外部システムが有する管理データベースに組電池システムの動作状況を蓄積することにより、ユーザ側および保守・サービス側の双方の利便性の向上を図る。
【解決手段】車両管理システムは、コントローラ９と、無線通信ユニット１１とを有する。コントローラ９は、組電池システム１００の動作状況を検出するとともに、この検出結果を出力する。無線通信ユニット１１は、中央情報管理センタ１５１が有する管理データベースに組電池システム１００の動作状況を蓄積するために、コントローラ９より出力された検出結果を、無線通信によって、中央情報管理センタ１５１に送信する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両管理システムに係り、特に、車両の駆動系に電力を供給する組電池システムの管理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題などから、ハイブリッド自動車や電気自動車が注目されており、そのために各種の二次電池が開発されている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、密閉性に優れ、かつ、メンテナンスフリーであるため、ハイブリッド自動車や電気自動車用のバッテリとして優れているが、大型のものは実用化されていない。そこで、複数個の小型の電池セルを直列に接続することによって組電池化し、この組電池システムを用いて、車両の駆動に必要な電圧や容量を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、組電池システムに故障が生じた場合、通常の車両故障と同様に、ディーラ等のサービス工場に車両を入庫する必要があるため、ユーザ側にとって時間的な負担が大きい。一方、サービス工場側では、故障診断装置を車両に接続して、組電池システムの状態を示すデータを読み出し、組電池システムにおける故障箇所を特定する必要がある。しかしながら、このデータを事前に入手できれば、故障診断作業や修理作業の効率化を図ることができる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、外部システムが有する管理データベースに組電池システムの動作状況を蓄積することにより、ユーザ側および保守・サービス側の双方の利便性の向上を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本発明は、車両の駆動系に電力を供給する組電池システムと、組電池システムの動作状況を検出するとともに、この検出結果を出力するコントローラと、外部システムが有する管理データベースに組電池システムの動作状況を蓄積するために、コントローラより出力された検出結果を、無線通信によって、外部システムに送信する通信ユニットとを有する車両管理システムを提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態に係るネットワークを用いた車両管理システムの全体構成図である。この管理システムは、各ユーザが保有する車両（ハイブリッド自動車や電気自動車）に搭載された組電池システム１００の動作状況をリアルタイムで管理するとともに、各ユーザに対して最新の情報を随時提供する。組電池システム１００は、車両の駆動系に電力を供給する。また、それぞれの組電池システム１００には、無線通信ユニットが内蔵されている。組電池システム１００の動作状況に関するデータは、無線通信端末１１０を介した無線通信ネットワークによって、外部システムである中央情報管理センタ１５１に送信される。中央情報管理センタ１５１が組電池システム１００よりデータを受信した場合、ホストコンピュータ１５１ａは、受信したデータを管理データベースに蓄積する。したがって、多数のユーザより随時受信した膨大なデータは、この管理データベースによって一元的に管理される。
【０００７】
組電池システム１００と中央情報管理センタ１５１との間のデータ通信には、基地局を介した移動体無線通信システムや人工衛星を介した衛星通信システム等を利用することができる。また、組電池システム１００のデータを送信する無線通信端末１１０としては、組電池システム１００にハーネスを介して接続する形態の通信端末でもよいが、ワイヤレス通信によって組電池システム１００と切り離して携帯可能な小型通信端末を採用することが望ましい。本実施形態では、携帯可能な通信端末として、組電池システム１００との間でワイヤレス通信を行うための通信回路を内蔵した専用の携帯型電話機（携帯電話）を用いている。なお、ユーザが既に携帯電話を所有している場合には、ユーザの携帯電話に接続してデータ通信を行う端末でもよい。
【０００８】
車両に搭載される組電池システム１００が単一の場合、このシステム１００に、無線通信端末１１０との間のワイヤレス通信を制御するための通信回路が内蔵される。また、車両に搭載される組電池システム１００が複数の場合、例えば、図２に示すように、組電池システム＃０１，＃０２，＃０３，＃０４，＃０５，・・・が搭載されている場合、これらがネットワーク１０１を介して互いに接続され、送信すべきデータが一元化されることが好ましい。例えば、ネットワーク１０１上の特定の組電池システム（例えば、＃０１）にワイヤレス通信を制御するための通信回路＃０１ａが内蔵される。なお、ネットワーク１０１は、リアルタイム制御に適した車両用のネットワークである。また、ワイヤレス通信方式としては、例えば、近距離無線通信の標準規格であるブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）を採用してもよい。なお、通信回路＃０１ａは、ユーザ専用の無線通信端末１１０との間のワイヤレス通信以外にも、工場の検査ツールとの間で、或いは、ディーラ等のサービス工場におけるサービスツールとの間で、ワイヤレス通信を行うことも可能である。
【０００９】
一方、図１に示すように、中央情報管理センタ１５１は、専用ネットワーク１５０を介して、開発本部１５２、ソフトウェア開発環境１５３、営業・サービス本部１５４、或いは、検査・品質保証本部１５５といった複数の部門に接続されている。それとともに、このセンタ１５１は、工場の生産ラインにおける検査ツール１５６ｂにも接続されている。検査ツール１５６ｂには、組電池システム１００に内蔵された通信回路＃０１ａとワイヤレス通信を行う際に使用される通信アダプタが設けられている。また、この専用ネットワーク１５０には、各地のディーラ等の専用ネットワーク１６０，１７０が接続されている。これらのネットワーク１６０，１７０環境下では、中央情報管理センタ１５１の管理データベースに蓄積された情報を共有しながら、サービスツール１６１，１７１やセールスツール１６２，１７２を使用することができる。なお、上記ネットワーク１５０，１６０，１７０は、インターネット１８０にも相互接続されているため、無線通信端末１１０を介してデータ通信に加えて、各ユーザのパーソナルコンピュータを介したデータ通信も可能である。
【００１０】
以上のような構成を有する車両管理システムでは、工場の生産ラインにおけるラインエンド１５６で、検査ツール１５６ｂを用いて、個々の車両に搭載される組電池システム１００に関するデータの初期値を管理データベースに蓄積する。最適学習値や最適定数等は、このデータベースに蓄積された初期データを解析することによって算出される。出荷される組電池システム１００には、これらの値がセットされる。そして、市場への出荷後は、蓄積対象となるデータとして、ユーザから送信されたデータが加えられる。この場合、それぞれのユーザは、自己の車両が稼働状態の場合には、停車中か走行中かに拘わらず、組電池システム１００に関するデータを中央情報管理センタ１５１に随時送信することが可能である。すなわち、自己の車両に搭載された組電池システム１００の状態を知りたい場合、ユーザは、無線通信端末１１０を用いて中央情報管理センタ１５１にデータを送信することによって、組電池システム１００の状態を示す情報を受信することができる。特に、走行中の車両から無線通信によってリアルタイムでデータを送信できるため、走行中にしか現れない異常や再現性の希薄な異常への対処が容易になる。
【００１１】
中央情報管理センタ１５１にデータを送信する場合、ユーザは、無線通信端末１１０に予めセットされている特定の番号を押すだけよい。これにより、組電池システム＃０１とのワイヤレス通信が自動的にスタンバイし、中央情報管理センタ１５１が呼び出される。そして、無線通信端末１１０と中央情報管理センタ１５１との接続が確立すると、車両内のネットワーク１０１を介して、通信回路＃０１ａより識別情報（本実施形態では車体番号）付のデータが無線通信端末１１０に送信される。そして、これにユーザの識別コード等が負荷されて、無線通信端末１１０から中央情報管理センタ１５１にデータが送信される。
【００１２】
中央情報管理センタ１５１の管理データベースに蓄積された初期データと、各ユーザからのデータとは、管理データベースへのアクセス権を与えられた各部署にネットワーク１５０を介して配信される。これにより、ユーザの車両に搭載された組電池システム１００の状態が管理されるとともに、ユーザに対して各種サービスを提供する。具体的には、組電池システム１００に関する必要情報の収集、動作状態の評価、リアルタイム診断、不具合対応、経時的な変化を把握した上での予測診断、再現困難な不具合の診断等が、担当部署において行われる。また、ユーザに対するサービスの一環として、車両の入庫前の事前診断、個々のユーザに対応した定期検査といった入庫連絡等が、担当部署において行われる。それとともに、ディーラ等に必要なデータを適宜配信して、サービスツール１６１，１７１を用いた点検や診断も指示される。さらに、市場における部品レベルでの絶対的な品質評価、リアルタイムでの統計データの採取、部品製造メーカ毎の相対的な品質評価等も担当部署において行われ、その評価結果が各部門にフィードバックされる。
【００１３】
それぞれのユーザに対するデータ解析結果や診断結果等は、中央情報管理センタ１５１において、ユーザ毎の履歴情報として時系列に蓄積・管理される。そして、インターネット１８０上のホームページを介して間接的に、或いは、無線通信端末１１０を介して直接的に、ユーザに提供される。したがって、ユーザは、自己のパーソナルコンピュータからホームページを閲覧し、或いは、無線通信端末１１０から中央情報管理センタ１５１に直接アクセスし、予め登録してある自己の識別番号、氏名、パスワード等を入力することにより、自己の情報にアクセスすることができる。なお、正規に登録されたユーザからパーソナルコンピュータを介して中央情報管理センタ１５１のホストコンピュータ１５１ａにアクセスすることもできる。ただし、この場合には、セキュリティの観点より、ユーザからのアクセスに一定の制限が設けられており、自己に関する診断結果といった一般情報のみアクセスが許可される。
【００１４】
つぎに、データの送信元になる組電池システム１００について説明する。図３は、本実施形態に係る組電池システム１００の構成図であり、図４は、組電池システム１００の回路図である。ボックス１は、内部に空間が形成された樹脂製の箱体であって、一例として、そのサイズは６４０ｍｍ×２４０ｍｍ×１９０ｍｍである。このボックス１内には、複数の電池セル２０を重ね合わせることによって構成された組電池２が収納されている。本実施形態では、電池セル２０として、薄板状のリチウム系電池（マンガン系リチウム電池）を用いており、金属層の両面を樹脂層で覆ったラミネートシート内に発電要素が収容されている。この電池セル２０の板厚は５ｍｍ程度であり、これを数十枚（例えば８０枚）直列に接続することによって組電池２が構成されている。また、電池セル１０の一方の縁部（図３の上方）には、正極の電極タブ２１が突出して設けられているとともに、これとは反対側に縁部（図３の下方）には、負極の電極タブ２１が突出して設けられている。
【００１５】
組電池２を構成する一連の電池セル２０は、一方向からみた場合に、表面と裏面とが交互に反転するように配置されている。したがって、隣接した２つの電池セル２０において、正極の電極タブ２１と負極の電極タブ２１とは互いに対向する。そして、互いに対向して隣接した電極タブ２１同士を接続することによって、一連の電池セル２０が直列に接続される。そして、組電池２における右上端の電極タブ２１は、電流センサ６とリレー７とを介して、互いに並列な２つの正極コネクタ３ａに接続されている。電流センサ６は、組電池２の充放電電流を検出する。この検出結果は、電流制限値の管理や組電池２の残存容量を算出する際に用いられる。また、リレー７は、図示しない外部システムから供給される制御信号によって制御され、故障した組電池システム１００の電流経路を遮断する。一方、組電池２における左下端の電極タブ２１は、互いに並列な２つの負極コネクタ３ｂに接続されている。
【００１６】
ここで、組電池２は、右電池セル群２ａと左電池セル群２ｂとに分けられており、両セル群２ａ，２ｂとの間にはヒューズ８と安全プラグ４とが設けられている。具体的には、右電池セル群２ａは、その上下において互いに対向した電極タブ２１同士を接合することによって、直列に接続されている。そして、右電池セル群２ａの左上端（組電池２でみた場合には中間上）の電極タブ２１は、第１の配線１４ａと接合している。この配線１４ａには、ヒューズ８が設けられている。ヒューズ８は、負荷側の制御暴走時や短絡、或いは、ボックス１内部での短絡等に起因して異常電流が流れた場合に溶断し、組電池システム１００内の電流経路を遮断する。一方、左電池セル群２ｂも、その上下において互いに対向した電極タブ２１同士を接合することによって、直列に接続されている。そして、左電池セル群２ｂの右下端（組電池２でみた場合には中間下）の電極タブ２１は、第２の配線１４ｂと接合している。そして、第１の配線１４ａと第２の配線１４ｂとは、安全プラグ４を介して電気的に接続されている。安全プラグ４は、ボックス１の外壁部に着脱可能に設けられており、このプラグ４を引き抜くことにより、組電池システム１００の電流経路を物理的に遮断する。このような安全プラグ４を設ける理由は、リレー７誤動作に起因した誤出力を防止するため、或いは、メンテナンス時や組電池システム１００の輸送時における感電を防止するためである。このように、右電池セル群２ａと左電池セル群２ｂとは、配線１４ａ，１４ｂを介して接続されているため、組電池２全体において、電池セル２０が直列接続された形態となる。
【００１７】
また、ボックス１には、この内部空間を冷却するための冷却ファン１３と、スリット状の空気取入口１２とが設けられている。この冷却ファン１３の回転によって、ボックス１内の空気が強制的に外部に排出される。したがって、充放電時に組電池２が発熱しても、空冷によって組電池２の温度上昇を効率的に抑制することができる。なお、ボックス１の各部位の温度検出を行うために、本実施形態では３カ所にサーミスタ３０が設けられている。具体的には、第１のサーミスタ３０は、ボックス１の内部空間に配置されており、第２のサーミスタ３０は、隣接した電池セル２０の間に挟持されており、第３のサーミスタ３０は、電極タブ２１と接触して設けられている。
【００１８】
さらに、ボックス１の所定部位（本実施形態では冷却用ファン１３の直上）には、外部システムとの間で通信を行うための制御コネクタ１５が設けられている。
【００１９】
一方、電池セル２０を重ね合わせることによって構成された組電池２上には、基板５が載置されており、この基板５にはバランサ回路４０が搭載されている。バランサ回路４０は、それぞれの電極タブ２１と接続されている。バランサ回路４０は、それぞれの電池セル２０におけるセル電圧のばらつきを修正し、組電池２全体でこれらが均一になるように制御する。バランサ回路４０は、互いに磁気結合された複数の巻き線を有するトランスと、それぞれの巻き線に直列接続されたスイッチと、セル電圧を監視する監視回路とのセットを電池セル２０の個数分だけ有する。そして、バランサ回路４０は、セル電圧が所定のしきい値を超えた場合に、スイッチによるスイッチングを停止することにより、セル電圧の異常な上昇を回避する。その結果、特定の電池セル２０の過放電や過充電を防ぎ、電池セル２０の劣化を防止する。なお、バランサ回路４０の詳細については、特開２００１−３０９５７３号公報に開示されているので必要ならば参照されたい。
【００２０】
また、基板５には、コントローラ９が搭載されており、このコントローラ９は、有線通信ユニット１０と無線通信ユニット１１とを含む。これらのユニット１０，１１は、組電池システム１００の動作状態に関するデータを外部システムに送信するための通信回路である。具体的には、有線通信ユニット１０は、上述した制御コネクタ１５を介して、電源系全体を制御する外部のコントローラとの間で制御上必要なデータの送受信を行う。また、無線通信ユニット１１は、上述した通信回路＃０１ａに相当し、無線通信によって、管理者側のシステムに対してデータを送信する。なお、コントローラ９は、基板５上に直接載置してもよいが、コントローラ９を搭載した別の基板を基板５上に載置した場合においても同様の形態を実現できる。
【００２１】
図５は、組電池システム１００におけるデータの入出力を示す図である。コントローラ９は、組電池システム１００の動作状況を検出する。具体的には、リレー７の溶着の有無が検出されるとともに、組電池２の漏電の有無も検出される。サーミスタ３０からのセンサ信号に基づいて、電極タブ２１の温度、電池セル２０本体の温度、および、ボックス１の内部空間の温度が検出される。また、バランサ回路４０からの信号に基づいて、組電池２全体の総電圧、電池セル２０毎の過放電および過充電が検出される。さらに、電流センサ６からのセンサ信号に基づいて、電流が検出される。そして、コントローラ９は、これらの検出結果を無線通信ユニット１１に対して出力する。
【００２２】
無線通信ユニット１１は、コントローラ９からの検出結果を、無線通信によって、外部システムである中央情報管理センタ１５１に送信する。この検出結果を受信した中央情報管理センタ１５１は、管理データベースに今回受信した検出結果を蓄積することにより、組電池システム１００の動作状況を管理する。
【００２３】
このように、本実施形態では、中央情報管理センタ１５１が、それぞれのユーザの車両に搭載された組電池システム１００の診断に必要なデータを、無線通信によって車両側より収集する。収集されたデータは、中央情報管理センタ１５１における管理データベースに蓄積されて一元的に管理される。これにより、中央情報管理センタ１５１側において、各ユーザの組電池システム１００の動作状況をリアルタイムで把握することができる。また、管理データベースに蓄積されたデータをユーザやディーラにフィードバックすることにより、ユーザに対してより高品質なサービスを提供することができる。それとともに、ディーラを含む保守側における利便性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
本発明によれば、外部システムが有する管理データベースに組電池システムの動作状況を蓄積することにより、ユーザ側および保守・サービス側の双方の利便性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ネットワークを用いた車両管理システムの全体構成図
【図２】組電池システムのネットワーク系を示す説明図
【図３】組電池システムの構成図
【図４】組電池システムの回路図
【図５】組電池システムにおけるデータの入出力を示す図
【符号の説明】
１　ボックス
２　組電池
２ａ　右電池セル群
２ｂ　左電池セル群
３ａ　正極コネクタ
３ｂ　負極コネクタ
４　安全プラグ
５　バランサ基板
６　電流センサ
７　リレー
８　ヒューズ
９　コントローラ
１０　有線通信ユニット
１１　無線通信ユニット
１２　空気取入口
１３　冷却ファン
１４ａ　第１の配線
１４ｂ　第２の配線
１５　制御コネクタ
１６　コネクタ
１７　配線
２０　電池セル
２１　電極タブ
３０　サーミスタ
４０　バランサ回路
１００　組電池システム
１０１　ネットワーク
１１０　無線通信端末
１５０　専用ネットワーク
１５１　中央情報管理センタ
１５１ａ　ホストコンピュータ

Claims

車両管理システムにおいて、
車両の駆動系に電力を供給する組電池システムと、
前記組電池システムの動作状況を検出するとともに、当該検出結果を出力するコントローラと、
外部システムが有する管理データベースに前記組電池システムの動作状況を蓄積するために、前記コントローラより出力された検出結果を、無線通信によって、前記外部システムに送信する通信ユニットと
を有することを特徴とする車両管理システム。