JP2020101383A - 監視装置及び、該監視装置を備えた制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＣの算出精度を効果的に向上させる。【解決手段】車両１に搭載されるバッテリ４０の監視装置であって、バッテリ４０に取り付けられると共に、バッテリ４０の少なくとも充電容量Ｃを記憶した無線タグ６０と、車両１に設けられると共に、無線タグ６０から充電容量Ｃを読み取る読取装置７０と、読取装置７０により読み取られた充電容量Ｃを記憶する充電容量記憶部１２０と、バッテリ４０の残容量Ｒを算出する残容量算出部１３０と、充電容量記憶部１２０に記憶された充電容量Ｃ及び、算出される残容量Ｒに基づいて、バッテリ４０のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部１５０とを備えた。【選択図】図２

Description

本開示は、監視装置及び、該監視装置を備えた制御システムに関し、特に、車両に搭載されるバッテリの監視装置及び、該監視装置を備えた制御システムに関する。

一般に、バッテリを搭載した車両においては、オルタネータによる発電を抑制し、駆動力源であるエンジンの負荷を低減することにより、燃費性能の向上を図る充放電制御が広く採用されている。

このような充放電制御では、例えば、バッテリの満充電容量に対する残容量の割合である充電率（State Of Charge：以下、ＳＯＣ）が上限値を超えているときは、オルタネータの発電を停止し、ＳＯＣが上限値から下限値の範囲内にあるときは、車両の減速時にオルタネータを発電駆動させてバッテリを充電する。また、ＳＯＣが下限値を下回るときは、車両の減速時以外でもオルタネータを発電駆動させてバッテリを充電する（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１５−０８９１８６号公報

バッテリのＳＯＣは、バッテリの充放電電流値の積算値等から求めた残容量及び、電子制御ユニット（Electronic Control Unit：以下、ＥＣＵ）のメモリ等に予め記憶したバッテリの充電容量等に基づいて算出することができる。このため、例えば、バッテリが異なる公称充電容量（定格充電容量）のものに交換された場合には、ＥＣＵに記憶されている充電容量と実際の充電容量とに差異が生じることで、ＳＯＣの算出精度の低下を招き、これに伴い充放電制御の制御精度も低下する可能性がある。

本開示の技術は、ＳＯＣの算出精度を効果的に向上させることを目的とする。

本開示の監視装置は、車両に搭載されるバッテリの監視装置であって、前記バッテリに取り付けられると共に、前記バッテリの少なくとも充電容量を記憶した無線タグと、前記車両に設けられると共に、前記無線タグから前記充電容量を読み取る読取装置と、前記読取装置により読み取られた前記充電容量を記憶する充電容量記憶部と、前記バッテリの残容量を算出する残容量算出部と、前記充電容量記憶部に記憶された前記充電容量及び、算出される前記残容量に基づいて、前記バッテリの充電率を算出する充電率算出部と、を備えることを特徴とする。

また、前記読取装置は、所定の周期毎、又は、前記バッテリが交換される毎に、前記無線タグから前記充電容量を読み取ると共に、前記充電容量記憶部は、前記読取装置が前記充電容量を読み取る毎に当該充電容量を上書きして記憶することが好ましい。

また、前記読取装置が前記無線タグから前記充電容量を所定時間に亘って受信しなかった場合に、前記バッテリに前記無線タグが設けられていないと判定する判定部をさらに備え、前記充電容量記憶部は、前記判定部により前記無線タグが設けられていないと判定されると、前記充電容量として予め定められたデフォルト値を記憶することが好ましい。

本開示の制御システムは、前記監視装置を備える制御システムであって、前記車両の駆動力源の動力で発電駆動するオルタネータと、算出される前記充電率が所定の上限値を超えている場合には、前記オルタネータの発電を停止させ、算出される前記充電率が前記上限値から所定の下限値の範囲内にある場合には、前記車両の減速時に前記オルタネータを発電駆動させて前記バッテリを充電し、算出される前記充電率が前記下限値よりも低い場合には、前記車両の減速時以外でも前記オルタネータを発電駆動させて前記バッテリを充電する充放電制御を実施する制御部をさらに備えることを特徴とする。

本開示の技術によれば、ＳＯＣの算出精度を効果的に向上させることができる。

本実施形態の車両を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る電子制御ユニット及び関連する周辺構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係るバッテリの公称充電容量の記憶処理の流れを説明するフローチャート図である。 本実施形態に係る充放電制御の処理の流れを説明するフローチャート図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る監視装置及び、該監視装置を備えた制御システムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本実施形態の車両１を示す模式的な全体構成図である。車両１は、例えば、キャブオーバ型のトラックであって、車体フレームを構成する左右一対のシャシフレーム２Ｌ，２Ｒと、複数本のクロスメンバ３とを備えている。各シャシフレーム２Ｌ，２Ｒは、車体前後方向に平行に延設されている。クロスメンバ３は、各シャシフレーム２Ｌ，２Ｒ間に車幅方向に架け渡されている。

シャシフレーム２Ｌ，２Ｒの前端部には、不図示のキャブマウントブラケット等を介してキャブ４が傾動可能に支持されている。また、シャシフレーム２Ｌ，２Ｒのキャブ４よりも車体後方には、荷台５が載置されている。

シャシフレーム２Ｌ，２Ｒのキャブ４下方には、駆動力源の一例であるエンジン１０が、不図示のマウント部材等を介して支持されている。エンジン１０のクランクシャフト１１には、クラッチ装置１２を介して変速機１３が断接可能に接続されている。また、変速機１３には、プロペラシャフト１４、デファレンシャルギヤ装置１５及び、左右の駆動軸１６Ｌ，１６Ｒを介して、左右の駆動輪（後輪）１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ接続されている。なお、符号１８Ｌ，１８Ｒは車両１の左右前輪、符号３０はオルタネータ、符号４０はバッテリ、符号５０は空調システム等の各種電装品、符号１００はＥＣＵをそれぞれ示している。

オルタネータ３０は、クランクシャフト１１にベルト、プーリ等を介して接続されており、エンジン１０の回転動力で発電駆動する。オルタネータ３０の発電電力は、バッテリ４０のＳＯＣに応じて、各種電装品５０に供給、或は、電気的に接続されたバッテリ４０に蓄電（充電）される。

バッテリ４０は、キャブ４よりも後方、且つ、荷台５よりも下方のシャシフレーム２Ｌに不図示のブラケット等を介して固定されている。バッテリ４０には、電圧センサ９０及び、電流センサ９１が接続されている。また、バッテリ４０の近傍には、温度センサ９２が設けられている。なお、バッテリ４０の搭載位置は、図示例に限定されず、車両１の他の部位に搭載してもよい。

電圧センサ９０は、バッテリ４０の端子電圧Ｖを検出し、検出した端子電圧ＶをＥＣＵ１００に送信する。電流センサ９１は、バッテリ４０の充放電電流値Ａを検出し、検出した充放電電流値ＡをＥＣＵ１００に送信する。温度センサ９２は、バッテリ４０の温度Ｔを検出し、検出した温度ＴをＥＣＵ１００に送信する。

本実施形態において、バッテリ４０には、本開示の無線タグの一例として、数ｃｍ〜数ｍの近距離無線通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグ６０が貼付されている。ＲＦＩＤタグ６０の記憶部には、バッテリ４０の公称充電容量Ｃ（又は、定格充電容量）が予め記憶されている。ＲＦＩＤタグ６０に記憶された公称充電容量Ｃは、無線タグ通信装置（例えば、ＲＦＩＤリーダ）７０によって読み取られる。

無線タグ通信装置７０は、本開示の読取装置の一例であって、シャシフレーム２Ｌ等に、ＲＦＩＤタグ６０からの情報を読み取り可能な距離を隔てて取り付けられている。無線タグ通信装置７０は、アンテナ７１に接続された無線タグ通信部７２を有する。無線タグ通信部７２は、ＲＦＩＤタグ６０と通信してＲＦＩＤタグ６０の記憶部に記憶された公称充電容量Ｃを受信する。無線タグ通信部７２により受信された公称充電容量Ｃは、上位通信部７３を経由してＥＣＵ１００に送信される。なお、上位通信部７３とＥＣＵ１００との通信は、有線又は無線の何れであってもよい。

無線タグ通信装置７０が、ＲＦＩＤタグ６０から公称充電容量Ｃを読み取るタイミングは、特に限定されず、所定の周期毎（例えば、１日毎）、或は、バッテリ４０が交換される毎であってもよい。バッテリ４０が交換されたか否は、例えば、バッテリ４０のターミナル取り外しにより電源が途絶した後、ターミナルが再度取り付けられたことを、各センサ９０，９１のセンサ値等に基づいてＥＣＵ１００が判別すればよい。

図２は、本実施形態に係るＥＣＵ１００及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。

ＥＣＵ１００は、車両１やエンジン１０等の各種制御を行うもので、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。

また、ＥＣＵ１００は、タグ判定部１１０（判定部）と、公称充電容量記憶部１２０（充電容量記憶部）と、残容量算出部１３０と、満充電容量算出部１４０と、ＳＯＣ算出部１５０（充電率算出部）と、充放電制御部（制御部）１６０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

タグ判定部１１０は、無線タグ通信装置７０がＲＦＩＤタグ６０から公称充電容量Ｃを読み取るタイミングにおいて、所定時間（例えば、数十秒〜数分）に亘って無線タグ通信装置７０から公称充電容量Ｃを受信しなかった場合には、バッテリ４０にＲＦＩＤタグが存在しないと判定する。一方、タグ判定部１１０は、所定時間内に無線タグ通信装置７０が公称充電容量Ｃを受信した場合には、バッテリ４０にＲＦＩＤタグが存在すると判定する。タグ判定部１１０による判定結果は、公称充電容量記憶部１２０に送信される。

公称充電容量記憶部１２０は、例えば不揮発性メモリであって、タグ判定部１１０によりＲＦＩＤタグが存在すると判定された場合に、無線タグ通信装置７０の上位通信部７３から送信されるバッテリ４０の公称充電容量Ｃを記憶する。具体的には、公称充電容量記憶部１２０は、無線タグ通信装置７０がＲＦＩＤタグ６０から公称充電容量Ｃを読み取る毎に、当該公称充電容量Ｃを受信して上書きし、新たな公称充電容量Ｃとして保持する。これにより、ＥＣＵ１００の公称充電容量記憶部１２０には、バッテリ４０が新たに交換された場合においても、車両１に実際に搭載されているバッテリ４０の正確な公称充電容量Ｃが適宜に記憶保持されるようになる。また、車両１の製造時においては、バッテリ４０を車両１に組み付けるのみで、公称充電容量ＣがＲＦＩＤタグ６０から無線タグ通信装置７０を経由して自動的に記憶されるため、ＥＣＵ１００への書き込み作業等を省略することが可能になる。

なお、公称充電容量記憶部１２０は、タグ判定部１１０によりＲＦＩＤタグが存在しないと判定された場合には、予め定めたデフォルト値（例えば、純正品の公称充電容量）をバッテリ４０の公称充電容量Ｃとして記憶する。これにより、バッテリ４０にＲＦＩＤタグ６０が貼付されていない場合にも、柔軟に対応することが可能になる。

残容量算出部１３０は、電圧センサ９０から送信されるバッテリ４０の端子電圧Ｖ及び、電流センサ９１から送信されるバッテリ４０の充放電電流値Ａに基づいて、バッテリ４０の残容量Ｒを算出する。残容量算出部１３０による残容量Ｒの算出方法は、特に限定されないが、例えば、バッテリ４０の充放電電流値Ａを積算し、この充放電電流値Ａの積算値とバッテリ４０の端子電圧Ｖとに基づいて、バッテリ４０の残容量Ｒを算出することができる。或は、バッテリ４０の端子電圧Ｖとバッテリ４０の残容量Ｒとの関係を表すテーブル等を用いて、バッテリ４０の残容量Ｒを算出するように構成してもよい。

満充電容量算出部１４０は、公称充電容量記憶部１２０に記憶されているバッテリ４０の公称充電容量Ｃ及び、温度センサ９２から送信されるバッテリ４０の温度Ｔに基づいて、温度Ｔ等に応じたバッテリ４０の満充電容量Ｆを算出する。満充電容量算出部１４０による満充電容量Ｆの算出方法は、特に限定されないが、例えば、公称充電容量記憶部１２０に記憶されている公称充電容量Ｃに劣化係数Ｋを乗じることにより算出してもよい。この場合は、ＲＦＩＤタグ６０から無線タグ通信装置７０を経由して読み込まれる情報にバッテリ４０の製造年月日を含め、バッテリ４０の経年数等に応じて劣化係数Ｋを設定するように構成すればよい。

ＳＯＣ算出部１５０は、残容量算出部１３０から送信されるバッテリ４０の残容量Ｒを、満充電容量算出部１４０から送信される満充電容量Ｆで除算することにより、バッテリ４０の満充電容量Ｆに対する残容量Ｒの割合であるＳＯＣを算出する。ＳＯＣ算出部１５０により算出されるバッテリ４０のＳＯＣは、充放電制御部１６０に送信される。

本実施形態において、ＳＯＣの算出に用いられるバッテリ４０の公称充電容量Ｃは公称充電容量記憶部１２０に記憶されており、公称充電容量記憶部１２０には、ＲＦＩＤタグ６０から無線タグ通信装置７０を経由して読み込まれる最新の公称充電容量Ｃが適宜に記憶保持さている。すなわち、バッテリ４０が交換された場合においても、車両１に実際に搭載されているバッテリ４０の正確な公称充電容量Ｃに基づいて、ＳＯＣの算出が行われるようになり、ＳＯＣの算出精度を効果的に向上することが可能になる。

充放電制御部１６０は、ＳＯＣ算出部１５０から送信されるバッテリ４０のＳＯＣに基づいて、オルタネータ３０の駆動を制御する充放電制御を行う。具体的には、ＳＯＣが所定の上限値を超えている場合、充放電制御部１６０は、オルタネータ３０の発電を停止させ、バッテリ４０から各種電装品５０へ、これらの消費電力に応じた電力を供給する。また、ＳＯＣが所定の上限値から所定の下限値の範囲内にある場合、充放電制御部１６０は、車両１の減速時にオルタネータ３０を発電駆動させてバッテリ４０を充電する。また、ＳＯＣが所定の下限値を下回っている場合、充放電制御部１６０は、車両１が減速中であるか否かにかかわらず、オルタネータ３０を発電駆動させてバッテリ４０を充電する。

図３は、本実施形態に係るバッテリ４０の公称充電容量Ｃの記憶処理の流れを説明するフローチャート図である。

ステップＳ１００では、無線タグ通信装置７０がＲＦＩＤタグ６０から公称充電容量Ｃを読み取る所定の周期に達したか、或は、バッテリ４０が新たに交換されたかを判定する。肯定の場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１１０に進み、否定の場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１００の判定処理を繰り返す。

ステップＳ１１０では、ＲＦＩＤタグ６０に記憶されている公称充電容量Ｃの無線タグ通信装置７０による読み取りを開始する。

次いで、ステップＳ１２０では、無線タグ通信装置７０がＲＦＩＤタグ６０から公称充電容量Ｃを所定時間内に受信したか否かを判定する。公称充電容量Ｃを所定時間内に受信した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１３０に進み、バッテリ４０にＲＦＩＤタグが存在すると判定する。一方、公称充電容量Ｃを所定時間内に受信しなかった場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１７０に進み、バッテリ４０にＲＦＩＤタグが存在しないと判定し、ステップＳ１８０にて公称充電容量記憶部１２０にデフォルト値を記憶し、本制御はリターンされる。

ステップＳ１４０では、無線タグ通信装置７０が受信したバッテリ４０の公称充電容量Ｃを、ＥＣＵ１００の公称充電容量記憶部１２０に上書きして記憶（初回の場合は、今回の公称充電容量Ｃを記憶）し、その後、本制御はリターンされる。

図４は、本実施形態に係る充放電制御の処理の流れを説明するフローチャート図である。本ルーチンは、例えば、エンジン１０の始動と同時に開始する。本ルーチンが実行処理される間、ＳＯＣ算出部１５０は、所定の演算周期でバッテリ４０のＳＯＣを逐次算出する。

ステップＳ２００では、バッテリ４０のＳＯＣが所定の上限値を超えているか否かを判定する。バッテリ４０のＳＯＣが上限値を超えている場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ２１０に進み、オルタネータ３０の発電を停止し、その後リターンされる。一方、バッテリ４０のＳＯＣが上限値を超えていない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０では、バッテリ４０のＳＯＣが所定の下限値よりも低いか否かを判定する。バッテリ４０のＳＯＣが下限値以上の場合（Ｎｏ）、すなわち、ＳＯＣが上限値から下限値の範囲内にある場合は、ステップＳ２３０に進み、車両１が減速中か否かを判定する。ステップＳ２３０にて、車両１が減速中でない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ２１０に進み、オルタネータ３０の発電を停止する。

ステップＳ２２０にて、バッテリ４０のＳＯＣが所定の下限値よりも低いと判定された場合（Ｙｅｓ）、及び、ステップＳ２３０にて、車両１が減速中でないと判定された場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、オルタネータ３０を発電駆動させ、オルタネータ３０の発電電力でバッテリ４０を充電し、その後、本制御はリターンされる。

以上詳述した本実施形態によれば、バッテリ４０に貼付したＲＦＩＤタグ６０にバッテリ４０の公称充電容量Ｃを予め記憶させ、車両１に設けられた無線タグ通信装置７０によりＲＦＩＤタグ６０から公称充電容量Ｃを読み取り、無線タグ通信装置７０により読み取った公称充電容量ＣをＥＣＵ１００の公称充電容量記憶部１２０に記憶させ、公称充電容量記憶部１２０に記憶した公称充電容量Ｃに基づいて、ＳＯＣ算出部１５０がバッテリ４０のＳＯＣを算出するように構成されている。これにより、例えば、バッテリ４０が異なる公称充電容量Ｃのバッテリ４０に交換された場合においても、車両１に実際に搭載されているバッテリ４０の正確な公称充電容量Ｃに基づいて、ＳＯＣの算出が適宜に行われるようになり、ＳＯＣの算出精度を効果的に向上することが可能になる。

また、ＳＯＣの算出精度が向上することで、ＳＯＣに基づいて行われる充放電制御の制御精度が確実に向上されるようになり、ＳＯＣの低下によるバッテリ４０の劣化や、バッテリ４０の容量を十分に使い切れないことによる燃費改善効果の減少を効果的に抑止することが可能になる。

なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、車両１は、キャブオーバ型のトラックを一例に説明したが、乗用車等の他の車両であってもよい。また、車両１は、駆動力源としてエンジン１０を備えるものとして説明したが、駆動力源としてエンジン１０及び走行用モータを併用するハイブリッド車両や、モータのみで駆動する電気自動車等であってもよい。また、本開示の適用は、車両１に搭載されるバッテリ４０に限定されず、車両以外の装置や機械類等に設けられるバッテリにも広く適用することが可能である。

１ 車両
１０ エンジン（駆動力源）
３０ オルタネータ
４０ バッテリ
６０ ＲＦＩＤタグ（無線タグ）
７０ 無線タグ通信装置（読取装置）
７１ アンテナ
７２ 無線タグ通信部
７３ 上位通信部
９０ 電圧センサ
９１ 電流センサ
９２ 温度センサ
１００ ＥＣＵ
１１０ タグ判定部（判定部）
１２０ 公称充電容量記憶部（充電容量記憶部）
１３０ 残容量算出部
１４０ 満充電容量算出部
１５０ ＳＯＣ算出部（充電率算出部）
１６０ 充放電制御部（制御部）

Claims (4)

1. 車両に搭載されるバッテリの監視装置であって、
   前記バッテリに取り付けられると共に、前記バッテリの少なくとも充電容量を記憶した無線タグと、
   前記車両に設けられると共に、前記無線タグから前記充電容量を読み取る読取装置と、
   前記読取装置により読み取られた前記充電容量を記憶する充電容量記憶部と、
   前記バッテリの残容量を算出する残容量算出部と、
   前記充電容量記憶部に記憶された前記充電容量及び、算出される前記残容量に基づいて、前記バッテリの充電率を算出する充電率算出部と、を備える
   ことを特徴とする監視装置。
2. 前記読取装置は、所定の周期毎、又は、前記バッテリが交換される毎に、前記無線タグから前記充電容量を読み取ると共に、前記充電容量記憶部は、前記読取装置が前記充電容量を読み取る毎に当該充電容量を上書きして記憶する
   請求項１に記載の監視装置。
3. 前記読取装置が前記無線タグから前記充電容量を所定時間に亘って受信しなかった場合に、前記バッテリに前記無線タグが設けられていないと判定する判定部をさらに備え、
   前記充電容量記憶部は、前記判定部により前記無線タグが設けられていないと判定されると、前記充電容量として予め定められたデフォルト値を記憶する
   請求項１又は２に記載の監視装置。
4. 請求項から３の何れか一項に記載の監視装置を備える制御システムであって、
   前記車両の駆動力源の動力で発電駆動するオルタネータと、
   算出される前記充電率が所定の上限値を超えている場合には、前記オルタネータの発電を停止させ、算出される前記充電率が前記上限値から所定の下限値の範囲内にある場合には、前記車両の減速時に前記オルタネータを発電駆動させて前記バッテリを充電し、算出される前記充電率が前記下限値よりも低い場合には、前記車両の減速時以外でも前記オルタネータを発電駆動させて前記バッテリを充電する充放電制御部と、をさらに備える
   ことを特徴とする制御システム。

Images