JP2021078223A - 電動車両 - Google Patents

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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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