JP2021078223A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突事故発生から所定時間経過した場合に発生し得るバッテリの異常発生をより確実に検知する。【解決手段】車両を統合的に制御する統合制御部４０と、車両を駆動するモータ３０に電力を供給するバッテリ２０に搭載される複数のセル２２と、セル２２の状態値を検出するセル状態検出部２５と、セル状態検出部２５を制御するセル制御部２６と、車両の衝突を検知する衝突検知部４１と、衝突検知部４１が衝突を検知した場合に車両を停車状態とする安全制御を実施する安全制御部４２と、安全制御を完了してから所定の時間間隔でセル状態検出部２５およびセル制御部２６を一時的に起動させる再起動制御部２９と、を含み、セル制御部２６は、再起動制御部により一時的に起動させられた場合、セルにおける異常発生を評価し、異常発生有と評価する場合、統合制御部４０を起動させることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は電動車両に係り、詳しくは衝突事故発生後に、バッテリのセルの短絡等の異常発生を検知することができる電動車両に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、乗用車やトラック等の車両において、バッテリから電力が供給される電動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（特許文献１）。

このような電動車両に搭載されるバッテリは、衝突事故発生時に損傷によるセルの短絡等の異常発生によって異常発熱や発煙等のリスク事象が発生する虞がある。故に、ドライバーセーフティの観点から、衝突が検知されると駆動用バッテリを含む高電圧系は電気的に切り離されることが望ましい。

特開２０１６−１１３０６３号公報

しかしながら、衝突時におけるバッテリ損傷度合は様々であり、衝突後直ちにリスク事象が発生するほどのバッテリ損傷ではない場合であっても、時間経過とともに損傷が進展し、例えば数時間経過後にセルで短絡等の異常が発生する場合がある。

また、キーオフの状態である場合、車両を統合制御する統合制御部が休止状態であることから、セルの短絡等の異常発生を検知することができず、発見が遅れ、結果として、バッテリのリスク事象が発生する虞がある。

本発明は前述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、以下の実施形態または適用例として実現することができる。

本適用例に係る電動車両は、車両を統合的に制御する統合制御部と、前記車両を駆動するモータに電力を供給するバッテリに搭載される複数のセルと、前記複数のセルの状態値を検出するセル状態検出部と、前記セル状態検出部を制御するセル制御部と、前記車両の衝突を検知する衝突検知部と、前記衝突検知部が衝突を検知した場合に、前記車両を停車状態とする安全制御を実施する安全制御部と、前記安全制御部が前記安全制御を完了してから所定の時間間隔で、周期的に前記セル状態検出部および前記セル制御部を一時的に起動させる再起動制御部と、を含み、前記セル制御部は、前記再起動制御部により一時的に起動させられた場合、前記セル状態検出部を介して、前記複数のセルにおける異常発生を評価し、異常発生有と評価する場合、前記統合制御部を起動させることを特徴とする。

上記の構成により、衝突事故のあと、周期的にセル計測基板、セル制御部、および統合制御部を一時的に起動させてセルの状態を確認することで、衝突事故から所定時間が経過した場合のバッテリのセルの短絡等の異常発生をより確実に検知することができる。これにより本発明の電動車両は、衝突事故発生から所定時間経過した場合に発生し得るバッテリのセルの短絡等の異常発生をより確実に検知することができる電動車両を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動車両の電動駆動と統合制御部（ＶＣＵ）を概略的に示す全体構成図である。 駆動用バッテリの制御部を含む詳細な構成と車両制御部との通信接続の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る電動車両の制御の内容を概略的に示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は、電動車両１０が駆動用バッテリ２０から供給される電力により駆動される仕組みを示す概略図である。電動車両１０は、駆動用バッテリ２０、モータ３０、インバータ３１、動力伝達部３２、車軸３３、車輪３４を有する。駆動用バッテリ２０は、インバータ３１を介してモータ３０と電気的に接続され、電動車両１０を駆動するための電力をモータ３０に供給する。供給された電力は、モータ３０において回転動力に変換され、動力伝達部３２、車軸３３を介して車輪３４を回転させることで、電動車両１０を駆動する。

また、電動車両１０は、電動車両１０を統合的に制御する統合制御部４０（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ／ＶＣＵ）を有する。統合制御部４０は、駆動用バッテリ２０と通信線５０を介して通信を行う。

図２は、駆動用バッテリ２０の制御部を含む詳細な構成と統合制御部４０との通信接続の関係を示す図である。図２に示すように、電動車両１０は、複数のセル２２を搭載する駆動用バッテリ２０を備える。セル２２は例えばリチウムイオン電池セルである。

具体的には、駆動用バッテリ２０は、パッケージ化されたリチウムイオンバッテリパック（以下バッテリパックという）２１から構成される。バッテリパック２１は、複数のセル２２を直列に接続したセルモジュール２３をさらに複数直列接続してパッケージ化したバッテリモジュール２４、各セルの状態値を計測および検出するセル状態検出部であるセル計測基板２５（Ｃｅｌｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｂｏａｒｄ／ＣＭＢ）、セル計測基板２５を制御するセル制御部２６（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ／ＢＭＳ）、バッテリジャンクションボックス２７を含んで構成される。なお、電動車両における駆動用バッテリは、リチウムイオンバッテリで構成されるのが一般的であるが、その他の二次電池でもよい。また、駆動用バッテリ２０は、複数のリチウムイオンバッテリから構成されてもよい。

また、各バッテリパック２１は、バッテリパック２１内部の温度を計測するための複数の温度センサ５１が設けられている。温度センサ５１の温度データはセル計測基板２５によって取得される。セル制御部２６は、セル計測基板２５を介して当該温度データを取得し、バッテリの温度を監視することができる。

バッテリジャンクションボックス２７は、駆動用バッテリ２０から供給される直流電流を、インバータ３１を介してモータ３０に供給するメインリレー２８を有する。衝突検知時には、統合制御部４０からセル制御部２６が指令信号を受けてメインリレー２８が開放され、高電圧の駆動用バッテリ２０をモータ３０から遮断して安全を確保する。

セル計測基板２５は、セルモジュール２３ごとに設けられ、セルモジュール２３内の各セル２２の電圧の状態値を取得する。セル制御部２６はバッテリパック２１ごとに設けられる。さらにセル制御部２６はセル計測基板２５から電圧の状態値の取得および監視をするとともに、バッテリパック２１全体の充電状態、温度などの状態値を取得し、過電圧や過放電、異常発熱を監視する。セル制御部２６は、駆動用バッテリ２０に関するこれらの情報をＣＡＮ等の通信線５０を介して統合制御部４０と通信する。

統合制御部４０は、電動車両１０の衝突を検知する衝突検知部４１を含む。具体的には、衝突検知部４１は、電動車両１０が事故等により衝突した場合に、車両に設置された加速度センサ等の衝撃を検知するセンサ（図示せず）からの信号を受信し、衝突の有無を判断する。

また、統合制御部４０は、更に安全制御部４２を含む。安全制御部４２は、衝突検知部４１が衝突を検知した場合に、電動車両１０を停車状態とするための安全制御を実施する。具体的には安全制御部４２は、駆動用バッテリ２０を駆動用バッテリ２０と接続される高電圧系と電気的に切り離し、電動車両１０を停車状態に導く安全制御を行う。より具体的には、各バッテリパック２１のセル制御部２６が、安全制御部４２からメインリレー２８を遮断する命令信号を受けてメインリレー２８を開放する。それに伴い、駆動用バッテリ２０からモータ３０への電力供給が遮断されることにより、モータ３０の回転数が自然に減少していき、結果として車両が停車する。なお、ブレーキ等を用いて強制的な制動を行ってもかまわない。

なお本実施形態では、衝突検知部４１と安全制御部４２は、統合制御部４０に含まれる構成となっているが、それぞれ単体のモジュールとして統合制御部４０と別体に設けられていてもよい。

セル制御部２６は、図２に示すように、再起動制御部２９が搭載される。ここで、統合制御部４０、セル制御部２６およびセル計測基板２５は、基本的に、キーオフ後に所定の時間が経過すると、省電力のために機能を停止するスリープモードに遷移する。キーオフとは、例えば電動車両１０のスタータスイッチをオフにすることである。ここで、再起動制御部２９は、キーオフ時に動作するタイマーを有する。再起動制御部２９は、セル制御部２６を一時的に起動する第１の機能を有する。具体的には再起動制御部２９は、車両が正常な状態すなわち衝突検知がされていない状態においても、キーオフ状態が継続していれば、タイマーを用いて所定の時間間隔（例えば８時間ごと）で、セル制御部２６を一時的に起動する。起動したセル制御部２６は、セル計測基板２５を介して各セル２２の充電量データを取得する。セル間で充電量にばらつきがある場合は、セル制御部２６がばらつきを軽減するバランス制御を行う。また、当該バランス制御の情報はセル制御部２６から統合制御部４０に送信する。特に異常が検知されない場合には、セル制御部２６および統合制御部４０は再度スリープモードに戻る。

なお本実施形態では、再起動制御部２９はセル制御部２６に搭載される構成となっているが、単体のモジュールとしてセル制御部２６と別体に設けられていてもよい。

本実施形態では、電動車両１０が衝突を検知した場合に、再起動制御部２９は、安全制御部４２が安全制御を完了してから所定時間経過後において、周期的にセル計測基板２５およびセル制御部２６を一時的に起動させる第２の機能を有する。

第２の機能を以下に具体的に説明する。まず、衝突検知がされた後にキーオフ状態となると、再起動制御部２９は、タイマーを所定時間に設定しカウントを開始する。再起動制御部２９は、当該所定時間を第１の機能における設定時間とは独立して設定することができる。再起動制御部２９は、タイマーのカウントが終了すると、スリープモード中のセル制御部２６を一時的に起動する。起動したセル制御部２６は、スリープモード中のセル計測基板２５を起動し、セル計測基板２５を介して各セル２２の電圧データおよび温度センサ５１の温度データを取得する。なお、温度データはセル計測基板２５を介さずに取得しても構わない。また、再起動制御部２９がスリープモード中のセル計測基板２５を直接起動しても構わない。

ここで、駆動用バッテリ２０の損傷等によりセル２２の内部等で短絡等の異常が発生すると、駆動用バッテリ２０に大電流が流れ、セル電圧が低下したり、セル２２が発熱する。その結果、セル電圧、セル電流およびバッテリパック内の温度のバッテリの状態値に変化が生じることになる。そのため、セル制御部２６は、取得したバッテリの状態値によって、セル２２での短絡等の異常発生の有無を評価することができる。セル制御部２６は、駆動用バッテリ２０に短絡等の異常発生が有りと評価した場合、統合制御部４０を一時的に起動させ、当該異常発生の結果を統合制御部４０に送信する。一方、セル制御部２６が、セルの短絡等の異常発生を無しと評価した場合は、セル制御部２６およびセル計測基板２５は再度スリープモードに戻る。

統合制御部４０は、セル制御部２６から異常発生の評価結果を受信することで、例えば警告表示または警告音鳴動等の周囲への警告動作を行うことができる。また、車両に消火装置が搭載されている場合には、当該消火装置を起動することができる。警告動作は、車両が外部通信装置を備える場合には、当該外部通信装置から運転者の携帯端末や警備会社、サービスセンター、クラウドにデータを送信するようにしてもかまわない。

一方、セル制御部２６は、セルの短絡等の異常発生が無しと評価した場合、セル計測基板２５をスリープモードに遷移させ、タイマーを再び始動させる。また、セル制御部２６自身もスリープモードに遷移する。このようにして、再起動制御部２９は周期的にセル計測基板２５およびセル制御部２６を一時的起動させる。一時起動されたセル制御部２６は、一時起動されたセル計測基板２５を介して周期的にバッテリの状態値を取得し、後発的なバッテリ損傷によるセルの短絡等の異常発生を監視することができる。この時、タイマーの設定時間は一定の値ではなく、適宜変更してもよい。例えば、セルの短絡等の異常発生確率は衝突発生後に経時的に減少していくことと考えられるため、タイマーの設定時間を衝突発生直後は短く設定し、セル制御部２６が起動され駆動用バッテリ２０の状態を確認して異常なしと評価される場合には長くなるように設定してもよい。

電動車両の制御について、図３のフローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ１では、統合制御部４０は、キーオン状態かつ、シフトのＤレンジポジションである場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２へ処理を進める。キーオン状態ではない、又はＤレンジでない場合（ＮＯ）、ステップＳ１で処理を待機する。なお、キーオンとは、電動車両１０のスタータスイッチをオンにすることで、キーオン状態とはスタータスイッチがオンとなっている状態である。

ステップＳ２では、衝突検知部４１は、衝突が検知されたか否かを評価する。当該評価結果が真（ＹＥＳ）である場合は、ステップＳ３に進める。一方、当該評価結果が偽（ＮＯ）である場合、ステップＳ１へ処理を戻す。なお、衝突検知部４１は、所定の衝撃を検知した際に、電動車両１０が衝突したものとして評価することができる。

ステップＳ３では、ステップＳ２で衝突を検知したことを受けて、安全制御部４２は、衝突発生の警告表示および警告音発出を行う。

ステップＳ４では、安全制御部４２は、ステップＳ２で衝突を検知したことを受けて、セル制御部２６を介してメインリレー２８を開放して駆動用バッテリ２０を遮断する。なお、ステップＳ２で衝突を検知したことを受けて、統合制御部４０をスリープモードに遷移しても構わない。

ステップＳ５では、セル制御部２６の再起動制御部２９は、タイマーを所定時間に設定し、カウントを始動する。

ステップＳ６では、セル制御部２６は、セル計測基板２５と通信し、衝突直後のバッテリ状態値を取得し、バッテリ異常があるか否かを評価する。当該評価結果が偽（ＮＯ）である場合は、ステップＳ７へ処理を進める。一方、当該評価結果が真（ＹＥＳ）である場合はステップＳ１３へ処理を進める。

ステップＳ７では、統合制御部４０は、キーオフ状態であるか否かを検知する。統合制御部４０が、キーオフ状態であることを検知した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ８へ処理を進める。キーオフ状態ではない場合（ＮＯ）、ステップＳ６へ処理を戻す。

ステップＳ８では、統合制御部４０、セル制御部２６、セル計測基板２５はスリープモードに遷移する。

ステップＳ９では、再起動制御部２９は、タイマーのカウントが終了したか否かを判定する。タイマーのカウントが終了したと判定（ＹＥＳ）の場合、ステップＳ１０へ処理を進める。タイマーのカウントが終了していないと判定（ＮＯ）の場合、ステップＳ９で処理を待機する。

ステップＳ１０では、再起動制御部２９は、セル制御部２６を起動させる（一時起動）。一時起動されたセル制御部２６は、セル計測基板２５を起動させ、バッテリ状態値を取得する。

ステップＳ１１では、セル制御部２６は、セル計測基板２５から取得したバッテリ状態値に基づきセルの短絡等の異常が発生しているか否かを評価する。当該評価結果が真（ＹＥＳ）である場合は、ステップＳ１２に処理を進める。当該評価結果が偽（ＮＯ）である場合は、ステップＳ１４に処理を進める。

ステップＳ１２では、セル制御部２６は、スリープモードの統合制御部４０を起動させる。そして、セル制御部２６は、ステップＳ１１で評価したセルの短絡等の異常発生の情報を統合制御部４０に送信する。

ステップＳ１３では、統合制御部４０は、警告動作等を行う。

ステップＳ１４では、再起動制御部２９のタイマーを所定時間に設定し、カウントを開始する（タイマーリスタート）。そして、ステップＳ８に処理が戻り、セル制御部２６、セル計測基板２５は再びスリープモードに遷移する。

上記の制御により、衝突事故のあと、周期的にセル計測基板２５、セル制御部２６、および統合制御部４０を一時的に起動させてセルの状態を確認することで、衝突事故から所定時間が経過した場合のバッテリのセルの短絡等の異常発生をより確実に検知することができる。その結果、例えば車両内が無人時にセルの短絡等の異常発生した場合であっても、一時起動した統合制御部が、異常発生に対する警告動作を車両外に対して行ったり、バッテリの冷却制御を行う等異常発生によるリスク事象発生等の２次被害の拡大を抑制することが可能となる。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

１０：電動車両
２０：駆動用バッテリ
２１：リチウムイオンバッテリパック
２２：セル
２３：セルモジュール
２４：バッテリモジュール
２５：セル計測基板（ＣＭＢ）
２６：セル制御部（ＢＭＳ）
２７：バッテリジャンクションボックス
２８：メインリレー
２９：再起動制御部
３０：モータ
３１：インバータ
３２：動力伝達部
３３：車軸
３４：車輪
４０：統合制御部（ＶＣＵ）
４１：衝突検知部
４２：安全制御部
５０：通信線

Claims (1)

1. 車両を統合的に制御する統合制御部と、
   前記車両を駆動するモータに電力を供給する駆動用バッテリに搭載される複数のセルと、
   前記複数のセルの状態値を取得するセル状態検出部と、
   前記セル状態検出部を制御するセル制御部と、
   前記車両の衝突を検知する衝突検知部と、
   前記衝突検知部が衝突を検知した場合に、前記車両を停車状態とする安全制御を実施する安全制御部と、
   前記安全制御部が前記安全制御を完了してから所定の時間間隔で、周期的に前記セル状態検出部および前記セル制御部を一時的に起動させる再起動制御部と、を含み、
   前記セル制御部は、前記再起動制御部により一時的に起動させられた場合、前記セル状態検出部を介して、前記複数のセルの異常発生を評価し、異常発生有と評価する場合、前記統合制御部を起動させる電動車両。
   

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