JP2020005485A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップ兼用バッテリーのＳＯＣの低下を抑制できる車両用制御装置を提供する。【解決手段】所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置は、地図情報に基づいて、設定された走行ルートの走行中におけるバッテリーから車載機器に供給する電流を予測する予測部と、予測部が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値とバッテリーの状態とに基づいて目標蓄電量を算出し、上記区間に車両が到達する前に目標蓄電量に応じて制御目標値を上昇させる制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置に関する。

特許文献１には、自動運転の際に、検出した白線に基づいて車道の走行を維持するように車両を制御するＥＶ車が開示されている。

特開２０１８−２６９８６号公報

一般的に、自動運転機能を有する車両は、自動運転による走行中にメインバッテリーが失陥した場合であっても、車載機器に電力を供給して所定の退避動作を行わせることを可能とするべく、補助電源としても使用されるバックアップ兼用バッテリーをさらに備えた冗長電源構成を採用している。バックアップ兼用バッテリーは、メインバッテリーの失陥発生時における緊急的な電力供給に備えるため、バックアップ供給に必要なバッテリーの蓄電量（ＳＯＣ）を維持しておく必要がある。

ここで、上述の冗長電源構成において、自動運転時に、例えば急カーブや急な下り坂の走行により電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などが大きな電流を消費すると、メインバッテリー及びバックアップ兼用バッテリーのＳＯＣが低下する場合がある。バックアップ兼用バッテリーのＳＯＣが一定値を下回ると、メインバッテリーが失陥した場合、バックアップ供給が困難となり、自動運転の継続も困難となる。

本発明は、バックアップ兼用バッテリーのＳＯＣの低下を抑制できる車両用制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置に関するものであって、地図情報に基づいて、設定された走行ルートの走行中におけるバッテリーから車載機器に供給する電流を予測する予測部と、予測部が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値とバッテリーの状態とに基づいて目標蓄電量を算出し、上記区間に車両が到達する前に目標蓄電量に応じて制御目標値を上昇させる制御部と、を備える。

本発明によれば、バックアップ兼用バッテリーのＳＯＣの低下を抑制できる車両用制御装置を実現できる。

本発明の一実施形態に係る車両用制御装置を含む電源システムの概略構成を示す図 ＳＯＣとＯＣＶとの間の相関関係を示す図 リチウムイオン電池の温度、ＳＯＣ、及び電池の内部抵抗値の相関関係を示す図 電源制御ＥＣＵによるＳＯＣの制御目標値の制御を示す図 車両用制御装置が行う充電処理の制御を説明するフローチャート

（概要）
本発明に係る所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置は、電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値とバッテリーの状態とに基づいて目標ＳＯＣを算出し、上記区間に車両が到達する前に目標ＳＯＣに応じて制御目標値を上昇させる。これにより、バッテリーのＳＯＣの低下を抑制でき、その結果、継続して自動運転を行うことができる。

（実施形態）
＜構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置２を含む電源システム１の概略構成を示す図である。図１に例示した電源システム１は、第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）１１、第１のバッテリー１２、第１の自動運転系システム１３、及び負荷装置１４を含む第１の電源系統と、第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）２１、第２のバッテリー２２、第２の自動運転系システム２３を含む第２の電源系統と、電力供給部３０と、予測部４０と、電源制御ＥＣＵ５０と、を備えて構成されている。予測部４０及び電源制御ＥＣＵ５０の構成が、本実施形態に係る車両用制御装置２に該当する。

電源システム１は、例えばドライバーによる手動運転と第１の自動運転系システム１３及び第２の自動運転系システム２３による自動運転との切り替えが可能な車両に搭載される。電源システム１は、第１のバッテリー１２と第２のバッテリー２２とを並列的に使用することができる。また、電源システム１は、第２のバッテリー２２を、第１のバッテリー１２が失陥したときに補助電源となるバックアップ用電源としても使用することができる。

電力供給部３０は、第１の電源系統が有する第１のＤＣＤＣコンバーター１１及び第２の電源系統が有する第２のＤＣＤＣコンバーター２１へ、並列に電力を供給することができる。この電力供給部３０は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能に構成された高圧バッテリーとすることができる。

第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）１１は、電力供給部３０から供給される電力を変換して、第１のバッテリー１２、第１の自動運転系システム１３、及び負荷装置１４に出力することができる構成である。具体的には、第１のＤＣＤＣコンバーター１１は、電力供給部３０から供給される高電圧電力を低電圧電力へ降圧して、第１のバッテリー１２、第１の自動運転系システム１３、及び負荷装置１４に出力する。

第１のバッテリー１２は、例えば、鉛電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この第１のバッテリー１２は、第１のＤＣＤＣコンバーター１１から出力される電力を蓄えること（充電）ができ、また自らが蓄えている電力を第１の自動運転系システム１３、第２の自動運転系システム２３、及び負荷装置１４等の車載機器に出力できるように構成されている。

第１の自動運転系システム１３、第２の自動運転系システム２３は、相補的あるいは冗長的に構成され、車両の自動運転制御のためのＥＣＵと電動ブレーキ装置や電動パワーステアリング装置等のアクチュエータとを含む。

負荷装置１４は、第１のＤＣＤＣコンバーター１１から出力される電力及び／又は第１のバッテリー１２に蓄えられている電力で動作することができる１つ以上の装置であり、例えば、ヘッドランプやワイパーが含まれる。

第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）２１は、電力供給部３０から供給される電力を変換して、第２のバッテリー２２、及び第２の自動運転系システム２３に出力することができる構成である。具体的には、第２のＤＣＤＣコンバーター２１は、電力供給部３０から供給される高電圧電力を低電圧電力へ降圧して、第２のバッテリー２２及び第２の自動運転系システム２３に出力する。

第２のバッテリー２２は、リチウムイオン電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この第２のバッテリー２２は、第２のＤＣＤＣコンバーター２１から出力される電力を蓄えること（充電）ができ、また自らが蓄えている電力を、第１の自動運転系システム１３、第２の自動運転系システム２３、負荷装置１４等の車載機器に出力できるように構成されている。第２のバッテリー２２は、車両の自動運転中に第１のバッテリー１２が失陥したときに補助電源として使用されるバックアップ兼用バッテリーとしての役割を有する。

予測部４０は、例えば自動運転制御装置（図示せず）から自動運転の走行ルートにおける走行ルート情報（地図情報）を取得し、あるいは、例えばナビゲーション装置（図示せず）から予め設定された走行ルートに関する地図情報を取得する。予測部４０は、これらの地図情報に基づいて、走行ルートの走行中における第２のバッテリー２２から、第１の自動運転系システム１３、第２の自動運転系システム２３、負荷装置１４等の車載機器に供給する電流を予測する。予測は、走行ルートにおいて予め設定した複数の区間ごとに行うことができる。区間の設定方法については特に限定されない。また、予測部４０が予測する電流値は、各区間における積算値や平均値であってもよいし、瞬間的な最大値などであってもよい。尚、予測部４０は、自動運転制御装置及びナビゲーション装置に含まれていてもよい。

例えば、カーブなどでステアリングを切った状態で走行を続ける区間では、電動パワーステアリング装置に大きな電流が継続して供給される。また、例えば、下り坂などでブレーキを踏んだ状態で走行を続ける区間では、電動ブレーキ装置に大きな電流が継続して供給される。予測部４０は、地図情報に基づいて、このような走行ルートを含む区間の走行中における第２のバッテリー２２から上記車載機器に供給される電流を予測することができる。

電源制御ＥＣＵ５０は、予測部４０が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、その電流予測値と第２のバッテリー２２の状態とに基づいて目標ＳＯＣを算出する。この目標ＳＯＣは、第２のバッテリー２２が電流予測値に相当する電流を放電してＳＯＣが低下しても、低下後のＳＯＣにおいてバックアップ兼用バッテリーとしての役割を十分に果たし得るように算出される値である。そして、電源制御ＥＣＵ５０は、算出した目標ＳＯＣに応じて第２のバッテリー２２のＳＯＣの制御目標値を上昇させる。電源制御ＥＣＵ５０による第２のバッテリー２２のＳＯＣの制御目標値の制御について、詳細は後述する。

電源制御ＥＣＵ５０は、典型的には中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及び入出力インターフェースを含んで構成され、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することによって、所定の機能が実現される。

＜電池特性＞
図２は、第２のバッテリー２２におけるＳＯＣと開放電圧（ＯＣＶ）との間の相関関係を示す図であり、横軸に第２のバッテリー２２のＳＯＣ［％］を示し、縦軸に第２のバッテリー２２のＯＣＶ［Ｖ］を示す。図２に示すように、第２のバッテリー２２のＳＯＣは、第２のバッテリー２２のＳＯＣがバックアップ供給のために必要なＳＯＣを下回る（不足する）範囲と、バックアップ供給を許容するＳＯＣの範囲と、バックアップ兼用バッテリーとしての役割を十分に果たし得るために維持すべきＳＯＣの範囲（以下、「ＳＯＣ維持範囲」ということがある）とを有する。

第２のバッテリー２２のＳＯＣは、予め設定された所定のＳＯＣの制御目標値に従って、ＳＯＣ維持範囲内となるように、第２のＤＣＤＣコンバーター２１による充放電処理により制御されている。しかしながら、第２のバッテリー２２から電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などに大きな電流が継続して供給されると、第２のバッテリー２２のＳＯＣは低下する。自動運転中において、第２のバッテリー２２のＳＯＣがバックアップ供給のために必要なＳＯＣの範囲を下回る状態で第１のバッテリー１２が失陥した場合、バックアップ供給が困難となり、自動運転の継続も困難となる。また、手動運転中において、第２のバッテリー２２のＳＯＣがバックアップ供給のために必要なＳＯＣを下回る範囲まで低下した場合、第２のバッテリー２２のＳＯＣが充電により少なくともバックアップ供給を許容するＳＯＣの範囲となるまで、手動運転から自動運転に切り替えるべきではない。

図３は、リチウムイオン電池の温度、ＳＯＣ、及び電池の内部抵抗値の相関関係を示す図である。図３に示すように、常温（２５℃）と低温とでは、低温の方が、第２のバッテリー２２（リチウムイオン電池）の抵抗値が高くなるので、充電時間が長くなる。また、ＳＯＣが相対的に高い状態と低い状態とでは、ＳＯＣが低い状態の方が、第２のバッテリー２２の抵抗値が高くなるので、充電時間が長くなる。バックアップ供給のために必要なＳＯＣを下回る範囲にＳＯＣが低下した時点で第２のバッテリー２２の充電を開始する場合、バックアップ供給を許容するＳＯＣの範囲にＳＯＣが低下した時点で第２のバッテリー２２の充電を開始する場合と比べて、所定の電力量を充電する充電時間が長くなる。

＜ＳＯＣの制御目標値の制御方法＞
図４は、電源制御ＥＣＵ５０によるＳＯＣの制御目標値の制御を示す図である。図４に示すように、走行ルートは、一例として、順に、直線状の走行ルート、カーブの走行ルート及び直線状の走行ルートが連続して存在するルートを有する。カーブの走行ルートにおいては、第２のバッテリー２２から電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などの車載機器に大きな電流が供給される。予測部４０は、地図情報に基づいて、カーブや下り坂などの走行中における第２のバッテリー２２から車載機器に供給される大電流などの電流値を予測する。電源制御ＥＣＵ５０は、予測部４０が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、当該電流予測値と、第２のバッテリー２２の状態、例えば図３に示すような第２のバッテリー２２の温度、ＳＯＣ、及び内部抵抗値の相関関係を示すマップから求められる第２のバッテリー２２の状態とに基づき、第２のバッテリー２２の目標ＳＯＣを算出する。電源制御ＥＣＵ５０は、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、目標ＳＯＣに応じて第２のバッテリー２２の制御目標値を上昇させる。

予測電流値における所定値は、ＳＯＣの制御目標値と、予測電流値の予測時点における第２のバッテリー２２のＳＯＣとに基づき、適宜設定することができる。また、制御目標値を上昇させるタイミングは、上昇させたＳＯＣの制御目標値と、予測電流値の予測時点における第２のバッテリー２２のＳＯＣとに基づき、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、適宜設定することができる。

また、電源制御ＥＣＵ５０は、電流予測値が所定値以上となる区間の経過後において、第２のバッテリー２２のＳＯＣの制御目標値を元に戻すことができる。これにより、第２のバッテリー２２の余分な充電を防止することができる。

＜充電処理制御＞
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置が実行する制御を説明する。図５は、車両用制御装置２が行う充電処理の制御を説明するフローチャートである。図５に示す充電処理の制御は、車両が走行可能状態となるＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態となった場合に開始され、車両の走行が可能でなくなる状態となるＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ状態となるまで繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のバッテリー２２のＳＯＣがＳＯＣ維持範囲外であるか否かを判定する。ステップＳ１の判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ２に進み、それ以外の場合（ステップＳ２でＮＯ）は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ２において、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のバッテリー２２のＳＯＣがＳＯＣ維持範囲内となるように、第２のバッテリー２２を充電又は放電させる。その後、処理はステップＳ３に進む。尚、ステップＳ１及びステップＳ２の処理は、第２のバッテリー２２のＳＯＣをＳＯＣ維持範囲内とするために初回周期のみ実行される処理である。

ステップＳ３において、電源制御ＥＣＵ５０は、自車両が手動運転中であるか否かを判定する。ステップＳ３の判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ４に進み、それ以外の場合（ステップＳ３でＮＯ）は、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４において、予測部４０は、ナビゲーション装置から設定された走行ルートに関する地図情報を取得し、この地図情報に基づいて、走行ルートの走行中における第２のバッテリー２２から車載機器に供給する電流を予測する。その後、処理はステップＳ６に進む。

ステップＳ５において、予測部４０は、自動運転制御装置から自動運転の走行ルートにおける地図情報を取得し、この地図情報に基づいて、自動運転の走行ルートの走行中における第２のバッテリー２２から車載機器に供給する電流を予測する。その後、処理はステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、電源制御ＥＣＵ５０は、予測部４０が予測した電流予測値が所定値以上となる区間があるか否かを判定する。ステップＳ６の判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳ７に進み、それ以外の場合（ステップＳ６でＮＯ）は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ７において、電源制御ＥＣＵ５０は、電流予測値と第２のバッテリー２２の状態とに基づいて目標ＳＯＣを算出し、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、目標ＳＯＣに応じて第２のバッテリー２２のＳＯＣの制御目標値を上昇させる。その後、処理はステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のバッテリー２２のＳＯＣが上昇させた制御目標値となるように、第２のＤＣＤＣコンバーター２１に対する電圧指示値を制御する。その後、処理はステップＳ３に戻る。

ステップＳ９において、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のバッテリー２２のＳＯＣが予め設定された制御目標値となるように、第２のＤＣＤＣコンバーター２１に対する電圧指示値を制御する。その後、処理はステップＳ３に戻る。

＜効果等＞
本発明の一実施形態に係る車両用制御装置２によれば、予測部４０が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値と第２のバッテリー２２の状態とに基づいて目標ＳＯＣを算出し、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、目標ＳＯＣに応じて第２のバッテリー２２のＳＯＣの制御目標値を上昇させる。

これにより、車載機器に大きな電流が供給されることで第２のバッテリー２２のＳＯＣが低下すると予測される場合に、第２のバッテリー２２のＳＯＣの制御目標値を上昇させて予め第２のバッテリー２２の充電を多めに行うことができる。そのため、第２のバッテリー２２のＳＯＣがその後低下しても、バックアップ可能なＳＯＣの範囲内に留まり得る。その結果、継続して自動運転を行うことができる。

また、低温時は常温時と比べて第２のバッテリー２２の充電の所要時間が長い。そのため、特に低温時において本発明の効果は大きい。

本発明に係る車両用制御装置は、車両のバッテリーの蓄電量を制御する制御装置として好適に利用できる。

１ 電源システム
２ 車両用制御装置
１１ 第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
１２ 第１のバッテリー
１３ 第１の自動運転系システム
１４ 負荷装置
２１ 第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
２２ 第２のバッテリー
２３ 第２の自動運転系システム
３０ 電力供給部
４０ 予測部
５０ 電源制御ＥＣＵ

Claims (1)

1. 所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置であって、
   地図情報に基づいて、設定された走行ルートの走行中における前記バッテリーから車載機器に供給する電流を予測する予測部と、
   前記予測部が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、前記電流予測値と前記バッテリーの状態とに基づいて目標蓄電量を算出し、前記区間に車両が到達する前に前記目標蓄電量に応じて前記制御目標値を上昇させる制御部と、を備える、
   車両用制御装置。

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