JP2021052464A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが車両のイグニッションオン操作を行う際の違和感を低減できる。【解決手段】電池システム１０は、メインバッテリ１を監視し、その監視結果を無線通信により出力する監視ユニット５と、補機バッテリ３を接続可能な電源端子２１，２２と、電池ＥＣＵ６とを備える。電池ＥＣＵ６は、補機バッテリ３が電源端子２１，２２に接続されたことを検出した場合に、車両１００のシステムを起動する（イグニッションオン）ためのユーザ操作の有無に拘わらず無線通信の接続を確立するための処理を開始し、ユーザ操作を受け付けると、監視ユニット５からメインバッテリ１の監視結果を無線通信により受ける。【選択図】図２

Description

本開示は、蓄電システムに関し、より特定的には、車両に搭載される蓄電システムに関する。

近年、走行用のバッテリ（メインバッテリ）が搭載された車両の普及が進んでいる。これらの車両には、補機に電力を供給するための補機バッテリがさらに搭載されている。たとえば特開２０１５−２３３３９０号公報（特許文献１）は、車両のイグニッションオフ後に所定時間が経過した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させて、所定のＳＯＣ（State Of Charge）に復帰するまでメインバッテリから補機バッテリに充電する技術を開示する。

特開２０１５−２３３３９０号公報

典型的な車両構成では、メインバッテリの電圧を監視する監視装置（たとえばＩＣ（Integrated Circuit）化された電圧センサ）が設けられ、その監視結果がメインバッテリを制御する制御装置（たとえば電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit））に送信される。従来、監視装置と制御装置との間は信号線により有線接続されていた。しかし、一般に、メインバッテリは多くのセル（たとえば数十個〜数百個のセル）を含む。そうすると、各セルの電圧を監視するためには信号線の必要数も多くなり、信号線の取り回しが複雑になり得る。そこで、監視装置と制御装置との間を無線接続することが考えられる。

補機バッテリは時間経過とともに劣化するため、定期的に交換することが望ましい。制御装置は補機バッテリから電力供給を受けて作動しており、補機バッテリの交換時には補機バッテリから制御装置への電力供給が遮断される。以下、この電力遮断を「補機クリア」とも称する。補機クリアは、監視装置と制御装置との間の無線通信も一旦途絶させる。そのため、補機クリア後に新たな補機バッテリから制御装置への電力供給が開始された場合に、監視装置と制御装置との間の無線通信をどのように再開（再接続）するかが問題となる。

一般に、無線通信では、通信相手の探索および相互認証など無線通信の接続を確立するための一連の処理手順が定められている。そのため、補機クリア後に監視装置と制御装置との間の無線通信の接続を確立するまでには、ある程度の時間を要し得る。接続が確立するまでは、制御装置がメインバッテリの状態が把握できないので、たとえユーザが車両システムの電源をオンするための操作（イグニッションオン操作）を行ったとしても車両システムを起動させることができない。そうすると、イグニッションオン操作を行ったにも拘わらず車両システムが直ちに起動しないとの違和感をユーザに与える可能性がある。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、ユーザが車両のイグニッションオン操作を行う際の違和感を低減することである。

本開示のある局面に従う蓄電システムは、車両に搭載される。蓄電システムは、監視装置と、電源端子と、制御装置とを備える。監視装置は、主蓄電装置（たとえばメインバッテリ）を監視し、その監視結果を無線通信により出力する。電源端子は、補機用蓄電装置（たとえば補機バッテリ）を接続可能である。制御装置は、補機用蓄電装置が電源端子に接続されたことを検出した場合に、車両のシステムを起動する（イグニッションオン）ためのユーザ操作の有無に拘わらず無線通信の接続を確立するための処理を開始し、ユーザ操作を受け付けると、監視装置から主蓄電装置の監視結果を無線通信により受ける。

上記構成においては、補機バッテリの接続が検出された場合、ユーザ操作（イグニッションオン操作）の有無に拘わらず制御装置を起動する。起動した制御装置は、無線通信の接続が確立するための処理を開始する。このようにユーザ操作に先立って無線通信の接続を確立しておくことで、その後にユーザ操作を受け付けた場合に、無線通信の接続確立に要する時間を節約できる。したがって、上記構成によれば、ユーザの違和感を低減することが可能になる。

本開示によれば、車両に搭載される蓄電システムにおいて、ユーザが車両のイグニッションオン操作を行う際の違和感を低減できる。

本実施の形態に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 本実施の形態における補機バッテリ接続処理を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

［実施の形態］
＜車両構成＞
図１は、本実施の形態に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、車両１００は、たとえばハイブリッド車であって、電池システム（蓄電システム）１０を備える。電池システム１０は、メインバッテリ１と、電源端子２１，２２と、補機バッテリ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と、監視ユニット５と、電池ＥＣＵ６とを備える。車両１００は、電池システム１０に加えて、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）６１と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）６２と、モータジェネレータ７３，７４と、エンジン７５と、動力分割装置７６と、駆動軸７７と、駆動輪７８と、ＨＶＥＣＵ８と、パワースイッチ９とをさらに備える。

メインバッテリ１は、複数のセルを含む組電池である。複数のセルの各々は、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。メインバッテリ１は、モータジェネレータ７３，７４を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ７２を通じてモータジェネレータ７３，７４に電力を供給する。また、メインバッテリ１は、モータジェネレータ７３，７４の発電時にＰＣＵ７２を通じて発電電力を受けて充電される。

電源端子２１，２２は、補機バッテリ３を接続可能な端子である。電源端子２１は補機バッテリ３の正極に電気的に接続され、電源端子２２は補機バッテリ３の負極に電気的に接続される。

補機バッテリ３は、たとえば鉛蓄電池である。補機バッテリ３は、車両１００に備えられた各種補機（図示せず）を動作させるための電力を電源端子２１，２２を介して供給する。電池ＥＣＵ６も、補機バッテリ３から電源端子２１，２２を介して電力供給を受ける。

なお、メインバッテリ１は、本開示に係る「主蓄電装置」に相当する。「主蓄電装置」は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタであってもよい。また、補機バッテリ３は、本開示に係る「補機用蓄電装置」に相当する。「補機用蓄電装置」もキャパシタであってもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、メインバッテリ１と補機バッテリ３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、電池ＥＣＵ６からの制御指令に従ってメインバッテリ１と補機バッテリ３との間の電力変換を行い、メインバッテリ１から供給される電力により補機バッテリ３を充電する。

監視ユニット５は、電圧センサ５１と、電流センサ５２と、温度センサ５３とを含む。電圧センサ５１は、図示しない複数のセンサを包括的に記載したものであり、メインバッテリ１を構成する各セルの電圧ＶＢを検出する。電流センサ５２は、メインバッテリ１に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ５３は、メインバッテリ１の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果を電池ＥＣＵ６に出力する。本実施の形態において、各センサと電池ＥＣＵ６とは無線通信が可能に構成されている。

なお、監視ユニット５は、本開示に係る「監視装置」に相当する。本開示に係る「監視装置による監視結果」は、各セルの電圧ＶＢであってもよいが、これに限定されるものではなく、電流ＩＢであってもよいし、温度ＴＢであってもよい。

電池ＥＣＵ６は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力ポートとを含む。電池ＥＣＵ６は、ＨＶＥＣＵ８からの指令、監視ユニット５の各センサから無線通信により送信される信号（電圧の監視結果等）、ならびに、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、メインバッテリ１の充放電を制御する。また、電池ＥＣＵ６は、メインバッテリ１のＳＯＣ（State Of Charge）を推定したり、メインバッテリ１の劣化状態を推定したりすることも可能である。本実施の形態において電池ＥＣＵ６により実行される主要な処理としては、補機バッテリの接続時（交換時）に実行される「補機バッテリ接続処理」が挙げられる。この処理については後に詳細に説明する。なお、電池ＥＣＵ６は、本開示に係る「制御装置」に相当する。

ＳＭＲ７１は、メインバッテリ１とＰＣＵ７２とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ７１は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて、メインバッテリ１とＰＣＵ７２との間での電力の供給／遮断を切り替える。

ＰＣＵ７２は、たとえば、モータジェネレータ７３，７４に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をメインバッテリ１の出力電圧以上に昇圧するコンバータ（いずれも図示せず）とを含む。ＰＣＵ７２は、ＨＶＥＣＵ８からの制御指令に従って、メインバッテリ１とモータジェネレータ７３，７４との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ７２は、モータジェネレータ７３，７４の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、モータジェネレータ７３を回生状態（発電状態）にしつつ、モータジェネレータ７４を力行状態にすることができる。

モータジェネレータ７３，７４の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ７３は、主として、動力分割装置７６を経由してエンジン７５により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ７３が発電した電力は、ＰＣＵ７２を介してモータジェネレータ７４またはメインバッテリ１に供給される。また、モータジェネレータ７３は、エンジン７５のクランキングを行うことも可能である。

モータジェネレータ７４は、主として電動機として動作し、駆動輪７８を駆動する。モータジェネレータ７４は、メインバッテリ１からの電力およびモータジェネレータ７３の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ７４の駆動力は駆動軸７７に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ７４は、発電機として動作して回生発電を行う。モータジェネレータ７４が発電した電力は、ＰＣＵ７２を介してメインバッテリ１に供給される。

エンジン７５は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する。

動力分割装置７６は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構（図示せず）を含む。動力分割装置７６は、エンジン７５から出力される動力を、モータジェネレータ７３を駆動する動力と、駆動輪７８を駆動する動力とに分割する。

ＨＶＥＣＵ８は、電池ＥＣＵ６と同様に、ＣＰＵと、メモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。ＨＶＥＣＵ８と電池ＥＣＵ６とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の有線通信規格に従う双方向通信が可能に構成されている。ＨＶＥＣＵ８は、各センサおよび機器からの信号、ならびに、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１００が所望の運転状態となるように、車両１００の様々な機器（ＳＭＲ７１およびＰＣＵ７２およびエンジン７５）を制御する。

パワースイッチ９は、車両１００のシステムの電源を投入して車両システムを起動する（イグニッション：ＩＧ−ＯＮ）ためのユーザ操作を受け付ける。以下、この操作をイグニッションオン操作と称し、「ＩＧ−ＯＮ操作」とも記載する。パワースイッチ９は、ＩＧ−ＯＮ操作を受け付けると、その旨の信号をＨＶＥＣＵ８に出力する。そうすると、ＨＶＥＣＵ８は、車両１００の様々な機器の状態が正常であるかどうかを診断し、車両１００の状態が正常であると診断した場合に車両１００をＩＧ−ＯＮする（車両システムを起動する）。この診断には、メインバッテリ１が正常であるか否かに関する電池ＥＣＵ６からの情報も用いられる。

なお、図１には車両１００がハイブリッド車である構成を例に示したが、車両１００は、走行用のメインバッテリが搭載された車両であれば、特に限定されるものではない。車両１００は、プラグインハイブリッド車であってもよいし、電気自動車であってもよいし、燃料電池車であってもよい。

＜補機バッテリの交換＞
以上のように構成された車両１００において、補機バッテリ３は時間経過とともに劣化するため、たとえば数年程度で交換される。補機バッテリ３の交換時には、補機バッテリ３から電池ＥＣＵ６への電力供給が遮断される（補機クリア）。補機クリアは、監視ユニット５（特に電圧センサ５１）と電池ＥＣＵ６との間の無線通信も一旦途絶させる。

補機クリア後に新たな補機バッテリ３から電池ＥＣＵ６への電力供給が開始された場合に、監視ユニット５と電池ＥＣＵ６との間の無線通信の接続（再接続）を確立するまでには、ある程度の時間（この例では１分程度）を要し得る。無線通信の接続が確立するまでは、電池ＥＣＵ６がメインバッテリ１の状態（電圧の監視結果など）を把握できないので、パワースイッチ９がユーザのＩＧ−ＯＮ操作を受け付けたとしてもＨＶＥＣＵ８が車両１００を車両システムを起動させることができない。そうすると、ＩＧ−ＯＮ操作を行ったにも拘わらず車両システムが直ちに起動しないとの違和感をユーザに与える可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、補機バッテリ３が接続された場合、ユーザによるＩＧ−ＯＮ操作の有無に拘わらず電池ＥＣＵ６を起動する。そして、電池ＥＣＵ６は、監視ユニット５と電池ＥＣＵ６との間の無線通信の接続を確立する。ＩＧ−ＯＮ操作前に先回りして電池ＥＣＵ６を起動して無線通信の接続を確立しておくことで、その後にＩＧ−ＯＮ操作を受け付けた場合に、車両１００のＩＧ−ＯＮ（車両システムの起動）に掛かる時間を無線通信の接続確立に要する時間分（この例では１分間）だけ短縮できる。これにより、車両システムが直ちに起動しないとのユーザの違和感を低減することが可能になる。

＜処理フロー＞
図２は、本実施の形態における補機バッテリ接続処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば所定の周期毎に電池ＥＣＵ６により繰り返し実行される。このフローチャートに含まれる各ステップは、基本的には電池ＥＣＵ６によるソフトウェア処理により実現されるが、その一部または全部が電池ＥＣＵ６内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップを「Ｓ」と略す。

元の補機バッテリ３が交換のために取り外された状態（補機クリアが行われた状態）を想定する。図２を参照して、Ｓ１において、電池ＥＣＵ６は、新たな補機バッテリ３が電源端子２１，２２に接続されたかどうかを判定する。電池ＥＣＵ６が補機バッテリ３からの電力供給を受け、補機バッテリ３からの入力電圧が検出された場合に、電池ＥＣＵ６は、新たな補機バッテリ３が接続されたと判定する。

補機バッテリ３の接続が検出されていない場合（Ｓ１においてＮＯ）、電池ＥＣＵ６は、処理をリターンに戻し、次の周期が来るまで待機する。補機バッテリ３の接続が検出された場合（Ｓ１においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ６が起動する（Ｓ２）。

Ｓ３において、電池ＥＣＵ６は、監視ユニット５と電池ＥＣＵ６との間の無線通信の接続を確立するための処理を開始（または継続）する。具体的には、電池ＥＣＵ６は、予め定められた通信手順に従って規定データを監視ユニット５との間で送受信することによって、通信相手（自車の監視ユニット５）を探索したり相互に認証したりするなどの一連の処理を開始できる。

Ｓ４において、電池ＥＣＵ６は、監視ユニット５と電池ＥＣＵ６との間の無線通信の接続が確立したかどうかを判定する。この接続確立には、たとえば約１分の時間が掛かる。接続が確立していない場合（Ｓ４においてＮＯ）には、電池ＥＣＵ６は、処理をＳ３に戻し、無線通信の接続を確立するための処理を継続する。接続が確立すると（Ｓ４においてＹＥＳ）、車両１００は、ＩＧ−ＯＮが可能な状態となる。

Ｓ５において、電池ＥＣＵ６は、無線通信の接続が確立してから所定時間（たとえば数分間〜数十分間）内にパワースイッチ９がＩＧ−ＯＮ操作を受け付けたか否かを判定する。パワースイッチ９がＩＧ−ＯＮ操作を受け付けると、その旨の情報がＨＶＥＣＵ８から電池ＥＣＵ６に与えられる。

無線通信の接続が確立してから所定時間内にパワースイッチ９がＩＧ−ＯＮ操作を受け付けた場合（Ｓ５においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ６は、その起動状態を維持する（Ｓ６）。そして、電池ＥＣＵ６は、その後、監視ユニット５からメインバッテリ１の電圧ＶＢ等の監視結果を無線通信により受ける。これに対し、無線通信の接続確立後に所定時間が経過してもパワースイッチ９がＩＧ−ＯＮ操作を受けなかった場合（Ｓ５においてＮＯ）、電池ＥＣＵ６は停止する（言い換えると、電池ＥＣＵ６の電源を落とす）（Ｓ７）。

以上のように、本実施の形態においては、補機クリアが行われた状態で新たな補機バッテリ３の接続を検出すると（Ｓ１においてＹＥＳ）、ユーザによるＩＧ−ＯＮ操作を待たずに電池ＥＣＵ６が起動する（Ｓ２）。さらに、電池ＥＣＵ６は、監視ユニット５と電池ＥＣＵ６との間の無線通信の接続を確立するための処理を開始し（Ｓ３）、ＩＧ−ＯＮ操作を待たずに接続を確立する（Ｓ４においてＹＥＳ）。このように、ＩＧ−ＯＮ操作をトリガとするのに代えて、補機バッテリ３の接続検出をトリガとして電池ＥＣＵ６を起動し、無線通信の接続を確立しておく。これにより、その後、ＩＧ−ＯＮ操作を受け付けた場合に（Ｓ５においてＹＥＳ）、無線通信の接続確立を省略して車両１００を直ちにＩＧ−ＯＮできる。その結果、ユーザの違和感を低減することが可能になる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ メインバッテリ、２１，２２ 電源端子、３ 補機バッテリ、４ コンバータ、５ 監視ユニット、５１ 電圧センサ、５２ 電流センサ、５３ 温度センサ、６ 電池ＥＣＵ、７１ ＳＭＲ、７２ ＰＣＵ、７３，７４ モータジェネレータ、７５ エンジン、７６ 動力分割装置、７７ 駆動軸、７８ 駆動輪、８ ＨＶＥＣＵ、９ パワースイッチ、１０ 電池システム、１００ 車両。

Claims (1)

1. 車両に搭載される蓄電システムであって、
   主蓄電装置を監視し、その監視結果を無線通信により出力する監視装置と、
   補機用蓄電装置を接続可能な電源端子と、
   前記補機用蓄電装置が前記電源端子に接続されたことを検出した場合に、前記車両のシステムを起動するためのユーザ操作の有無に拘わらず前記無線通信の接続を確立するための処理を開始し、前記ユーザ操作を受け付けると、前記監視装置から前記主蓄電装置の監視結果を前記無線通信により受ける制御装置とを備える、蓄電システム。

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