JP2021097565A - 車両、車両制御システム、車両制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電流制限型の電池パックに含まれる二次電池に対して電力基準の入力制限を行なうことができる車両、車両制御システム、車両制御方法を提供する。【解決手段】車両は、電池ECU13を含む電池パック10と、電池パック10とは別個に設けられたHVECU50とを備える。電池パック10は、バッテリ11(二次電池)と、バッテリ11の状態を検出する電池センサ12とをさらに含む。電池ECU13は、電池センサ10の検出値を用いて、バッテリ11の入力電流の上限値を示すIWinを求めるように構成される。HVECU50は、バッテリ11の入力電力の上限値を示すWinを用いて、バッテリ11の入力電力を制御するように構成される。車両には、電池センサ12によって検出されたバッテリ11の電圧の実測値とIWinとを乗算することによりIWinをWinに変換するWin変換部61が搭載されている。【選択図】図4

Description

本開示は、車両、車両制御システム、車両制御方法に関する。
特開2019−156007号公報(特許文献1)には、車両に搭載された二次電池の入力電力の上限値を示す電力上限値(Win)を用いて、二次電池の入力電力を制御する制御装置が開示されている。
特開2019−156007号公報
近年、二次電池を動力源とする電動車両(たとえば、電気自動車又はハイブリッド車)の普及が進んでいる。電動車両において、電池劣化などに起因して二次電池の容量又は性能が低下した場合に、電動車両に搭載された二次電池を交換することが考えられる。
二次電池は、一般に電池パックの形態で車両に搭載される。電池パックは、二次電池と、二次電池の状態(たとえば、電流、電圧、及び温度)を検出するセンサと、制御装置とを含んで構成される。以下、電池パックに内蔵される制御装置、センサを、それぞれ「電池ECU」、「電池センサ」と記載する場合がある。電池パックには、二次電池に合った周辺機器(たとえば、センサ及び制御装置)が搭載される。電池パックにおいては、二次電池及びその周辺機器が正常に動作するように整備されている。このため、車両に搭載された二次電池を交換するときには、二次電池のみを交換するのではなく、車両に搭載された電池パックごと交換することが、車両整備の観点から好ましいと考えられる。
上記特許文献1に記載されるように、電池パックとは別個に車両に搭載され、電力上限値を用いて二次電池の入力電力を制御する制御装置(以下、「電力制限型の制御装置」とも称する)が知られている。電力制限型の制御装置は、電力基準の入力制限を行なうように構成される。電力基準の入力制限は、二次電池の入力電力が電力上限値を超えないように二次電池の入力電力を制御する処理である。一般に、電力基準の入力制限を行なう制御装置を採用する車両には、電池センサの検出値を用いて電力上限値を求める電池ECUを含む電池パック(以下、「電力制限型の電池パック」とも称する)が搭載される。
一方で、電池パックとは別個に車両に搭載され、二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値を用いて二次電池の入力電流を制御する制御装置(以下、「電流制限型の制御装置」とも称する)も知られている。電流制限型の制御装置は、電流基準の入力制限を行なうように構成される。電流基準の入力制限は、二次電池の入力電流が電流上限値を超えないように二次電池の入力電流を制御する処理である。一般に、電流基準の入力制限を行なう制御装置を採用する車両には、電池センサの検出値を用いて電流上限値を求める電池ECUを含む電池パック(以下、「電流制限型の電池パック」とも称する)が搭載される。
電池パックの需給状況(あるいは、在庫状況)によっては、電力制限型の電池パックよりも電流制限型の電池パックのほうが入手しやすい場合がある。しかし、従来の車両では、電流制限型の電池パックと電力制限型の制御装置とを組み合わせて使用することが想定されておらず、電流制限型の電池パックと電力制限型の制御装置とを組み合わせて使用するための手段について何ら検討がなされていない。このため、電力制限型の制御装置を搭載する車両において、電流制限型の電池パックを採用することは困難である。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電流制限型の電池パックに含まれる二次電池に対して電力基準の入力制限を行なうことができる車両、車両制御システム、車両制御方法を提供することである。
本開示に係る車両は、第1制御装置を含む電池パックと、電池パックとは別個に設けられた第2制御装置とを備える。電池パックは、二次電池と、二次電池の状態を検出する電池センサとをさらに含む。第1制御装置は、電池センサの検出値を用いて、二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値を求めるように構成される。第2制御装置は、二次電池の入力電力の上限値を示す電力上限値を用いて、二次電池の入力電力を制御するように構成される。当該車両には、電池センサによって検出された二次電池の電圧の実測値と電流上限値とを乗算することにより電流上限値を電力上限値に変換する変換器が搭載されている。
上記車両には、電流上限値を電力上限値に変換する変換器が搭載されている。変換器は、電池パックにおいて求められた電流上限値と電圧の実測値とを乗算することにより、電流上限値に対応する電力上限値を容易かつ適切に取得できる。このため、上記車両によれば、電流制限型の電池パックを採用した場合でも、第2制御装置が電力基準の入力制限を適切に行なうことが可能になる。なお、第2制御装置は、前述した電力制限型の制御装置に相当する。
上記の車両は、電池パックとは別個に設けられ、第1制御装置と第2制御装置との間の通信を中継する第3制御装置をさらに備えてもよい。上記の変換器は、第3制御装置に搭載されてもよい。電池パックは、電流上限値を出力するように構成されてもよい。上記の車両は、電池パックから第3制御装置に電流上限値が入力されると、変換器によって電流上限値が電力上限値に変換され、第3制御装置から第2制御装置へ電力上限値が出力されるように構成されてもよい。
上記構成では、電池パックとは別個に設けられた第3制御装置が、前述の変換器を含み、変換器によって電流上限値を電力上限値に変換する。このため、電池パック(第1制御装置を含む)及び第2制御装置の構成を変更することなく、車両に前述の変換器を搭載することができる。
上記の第3制御装置は、電流上限値が入力された場合には上述の変換を行なって電力上限値を出力し、電力上限値が入力された場合には上述の変換を行なうことなく電力上限値を出力するように構成されてもよい。
上記構成では、車両に電流制限型の電池パックが搭載された場合には、上記の第3制御装置が、電流制限型の電池パックから入力された電流上限値に前述の変換を行なって電力上限値を出力する。他方、車両に電力制限型の電池パックが搭載された場合には、上記の第3制御装置は、電力制限型の電池パックから入力された電力上限値に前述の変換を行なうことなく電力上限値を出力する。このため、こうした車両では、電流制限型の電池パックと電力制限型の電池パックとのいずれが採用された場合にも、第2制御装置が電力基準の入力制限を適切に行なうことができる。
上記の第1制御装置、第2制御装置、及び第3制御装置の各々は、車載LANに接続されたマイクロコンピュータであってもよい。車載LANにおいて、第1制御装置は第3制御装置を介して第2制御装置と通信可能に接続されてもよい。なお、LANは、「Local Area Network」の略称である。
上記構成では、第1〜第3制御装置の各々がマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータは、小型で処理能力が高く、車載制御装置として好適である。また、上記の第3制御装置は、車載LANを通じて第1制御装置から電流上限値を受信し、前述の変換器によって電流上限値を電力上限値に変換した後、車載LANを通じて電力上限値を第2制御装置へ送信することができる。上記構成では、各制御装置が、要求される演算及び通信を好適に行なうことができる。車載LANの通信プロトコルとして、CAN(Controller Area Network)又はFlexRayを採用してもよい。
なお、第3制御装置は、上限値の変換(すなわち、電流上限値から電力上限値への変換)以外の目的で使用することもできる。第3制御装置は、情報の管理(たとえば、車両データの蓄積)を行なうように構成されてもよい。また、第3制御装置は、CGW(セントラルゲートウェイ)として機能してもよい。
上記の変換器は、第1制御装置に搭載されてもよい。第1制御装置は、第2制御装置と接続されている場合に、電池センサの検出値を用いて求めた電流上限値を変換器によって電力上限値に変換し、電力上限値を第2制御装置へ出力するように構成されてもよい。
前述の変換器は、第1制御装置(すなわち、電池パックの内部)に組み込まれてもよい。こうした構成では、電池パックの内部において電流上限値が電力上限値に変換され、電池パックから電力上限値を出力することが可能になる。このため、前述した第3制御装置を追加することなく、第2制御装置が電力基準の入力制限を適切に行なうことが可能になる。
上記の変換器は、第2制御装置に搭載されてもよい。電池パックは、電流上限値を出力するように構成されてもよい。第2制御装置は、電池パックから入力される電流上限値を変換器によって電力上限値に変換し、二次電池の入力電力が電力上限値を超えないように二次電池の入力電力を制御するように構成されてもよい。
上記構成では、電池パックとは別個に設けられた第2制御装置が、前述の変換器を含み、変換器によって電流上限値を電力上限値に変換する。このため、電池パック(第1制御装置を含む)の構成を変更することなく、車両に前述の変換器を搭載することができる。また、前述した第3制御装置を追加することなく、第2制御装置が電力基準の入力制限を適切に行なうことが可能になる。
上記の二次電池は、複数のセルを含む組電池であってもよい。上記の乗算に用いられる二次電池の電圧の実測値は、平均セル電圧と、最大セル電圧と、最小セル電圧と、組電池の端子間電圧とのいずれかであってもよい。
上記のように、二次電池が組電池である構成では、平均セル電圧、最大セル電圧、最小セル電圧、及び組電池の端子間電圧のいずれかを実測し、実測値を前述の乗算に用いることで、電流上限値に対応する電力上限値を容易かつ適切に取得できる。平均セル電圧は、組電池に含まれる複数のセルの電圧の平均値である。最大セル電圧は、組電池に含まれる複数のセルの各電圧のうち最も高い電圧値である。最小セル電圧は、組電池に含まれる複数のセルの各電圧のうち最も低い電圧値である。
上述したいずれかの車両は、電池パック内の二次電池に蓄えられた電力を用いて走行する電動車両であってもよい。電動車両には、EV(電気自動車)、HV(ハイブリッド車)、及びPHV(プラグインハイブリッド車)が含まれる。
上記の車両は、第1モータジェネレータと、第2モータジェネレータと、エンジンとを備えるハイブリッド車であってもよい。第1モータジェネレータ及び第2モータジェネレータの各々には、電池パック内の二次電池から電力が供給されてもよい。エンジン及び第1モータジェネレータの各々は、プラネタリギヤを介して当該ハイブリッド車の駆動輪に機械的に連結されてもよい。プラネタリギヤ及び第2モータジェネレータは、プラネタリギヤから出力される動力と第2モータジェネレータから出力される動力とが合わさって駆動輪に伝達されるように構成されてもよい。第2制御装置は、二次電池の入力電力が電力上限値を超えないように、第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータ、及びエンジンの各々に対する制御指令を作成してもよい。
本開示に係る車両制御システムは、二次電池を含む電池パックを取り付け可能に構成される車両制御システムであって、当該車両制御システムに電池パックが取り付けられた場合に、二次電池の入力電力が電力上限値を超えないように二次電池の入力電力を制御する制御部と、電池パックから、二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値が入力されると、二次電池の電圧の実測値と電流上限値とを乗算することにより電流上限値を電力上限値に変換する変換部とを備える。
上記車両制御システムでは、電流上限値と電圧の実測値とを乗算することにより、電流上限値に対応する電力上限値が取得される。このため、電流制限型の電池パックを採用した場合でも、電流制限型の電池パックに含まれる二次電池に対して電力基準の入力制限を適切に行なうことができる。
本開示に係る車両制御方法は、以下に説明する第1〜第3ステップを含む。第1ステップでは、二次電池を含む電池パックが取り付けられた車両制御システムが、電池パックから、二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値と、二次電池の電圧の実測値とを取得する。第2ステップでは、上記の車両制御システムが、電流上限値と電圧の実測値とを乗算することにより、電流上限値を、二次電池の入力電力の上限値を示す電力上限値に変換する。第3ステップでは、上記の車両制御システムが、電力上限値を用いて二次電池の入力電力を制御する。
上記車両制御方法においても、電流上限値と電圧の実測値とを乗算することにより、電流上限値に対応する電力上限値が取得される。このため、電流制限型の電池パックを採用した場合でも、電流制限型の電池パックに含まれる二次電池に対して電力基準の入力制限を適切に行なうことができる。
本開示によれば、電流制限型の電池パックに含まれる二次電池に対して電力基準の入力制限を行なうことができる車両、車両制御システム、車両制御方法を提供することが可能になる。
本開示の実施の形態に係る車両の構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係る車両に含まれる各制御装置の接続態様を示す図である。 本開示の実施の形態に係る車両において、目標電池電力を設定するために使用されるマップの一例を示す図である。 図1に示した電池パック、ゲートECU、及びHVECUの詳細構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係る車両制御システムの第1の例を示す図である。 本開示の実施の形態に係る車両制御システムの第2の例を示す図である。 図4に示したゲートECUの変形例を示す図である。 図4に示したHVECUの変形例を示す図である。 図4に示した車両制御システムの第1変形例を示す図である。 図4に示した車両制御システムの第2変形例を示す図である。
本開示の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。図中、同一又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。以下では、電子制御ユニット(Electronic Control Unit)を「ECU」とも称する。
図1は、この実施の形態に係る車両の構成を示す図である。この実施の形態では、前輪駆動の4輪自動車(より特定的には、ハイブリッド車)を想定しているが、車輪の数及び駆動方式は適宜変更可能である。たとえば、駆動方式は4輪駆動であってもよい。
図1を参照して、車両100には、電池ECU13を含む電池パック10が搭載されている。また、電池パック10とは別個に、モータECU23と、エンジンECU33と、HVECU50と、ゲートECU60とが、車両100に搭載されている。モータECU23、エンジンECU33、HVECU50、及びゲートECU60の各々は、電池パック10の外側に位置する。電池ECU13は電池パック10の内部に位置する。この実施の形態に係る電池ECU13、HVECU50、ゲートECU60は、それぞれ本開示に係る「第1制御装置」、「第2制御装置」、「第3制御装置」の一例に相当する。
電池パック10は、バッテリ11と、電圧センサ12aと、電流センサ12bと、温度センサ12cと、電池ECU13と、SMR(System Main Relay)14とを含む。バッテリ11は、二次電池として機能する。この実施の形態では、電気的に接続された複数のリチウムイオン電池を含む組電池を、バッテリ11として採用する。組電池を構成する各二次電池は、「セル」とも称される。この実施の形態では、バッテリ11を構成する各リチウムイオン電池が、「セル」に相当する。なお、電池パック10に含まれる二次電池は、リチウムイオン電池に限られず、他の二次電池(たとえば、ニッケル水素電池)であってもよい。二次電池として、電解液式二次電池を採用してもよいし、全固体式二次電池を採用してもよい。
電圧センサ12aは、バッテリ11のセル毎の電圧を検出する。電流センサ12bは、バッテリ11に流れる電流(充電側を負とする)を検出する。温度センサ12cは、バッテリ11のセル毎の温度を検出する。各センサは、その検出結果を電池ECU13へ出力する。電流センサ12bは、バッテリ11の電流経路に設けられる。この実施の形態では、電圧センサ12a及び温度センサ12cの各々が、1つのセル毎に1つずつ設けられる。ただしこれに限られず、電圧センサ12a及び温度センサ12cの各々は、複数個のセル毎に1つずつ設けられていてもよいし、1つの組電池に対して1つだけ設けられていてもよい。以下、電圧センサ12a、電流センサ12b、及び温度センサ12cを、包括的に「電池センサ12」と総称する。電池センサ12は、上記センサ機能に加えて、SOC(State Of Charge)推定機能、SOH(State of Health)推定機能、セル電圧の均等化機能、診断機能、及び通信機能をさらに有するBMS(Battery Management System)であってもよい。
SMR14は、電池パック10の外部接続端子T1,T2とバッテリ11とを結ぶ電力経路の接続/遮断を切り替えるように構成される。SMR14としては、たとえば電磁式のメカニカルリレーを採用できる。この実施の形態では、電池パック10の外部接続端子T1,T2にPCU(Power Control Unit)24が接続される。バッテリ11は、SMR14を介してPCU24と接続されている。SMR14が閉状態(接続状態)であるときには、バッテリ11とPCU24との間で電力の授受を行なうことが可能になる。他方、SMR14が開状態(遮断状態)であるときには、バッテリ11とPCU24とを結ぶ電力経路が遮断される。この実施の形態では、SMR14が、電池ECU13によって制御される。電池ECU13は、HVECU50からの指示に従ってSMR14を制御する。SMR14は、たとえば車両100の走行時に閉状態(接続状態)にされる。
車両100は、エンジン31と、第1モータジェネレータ21a(以下、「MG21a」と表記する)と、第2モータジェネレータ21b(以下、「MG21b」と表記する)とを、走行用の動力源として備える。MG21a及び21bの各々は、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能との両方を兼ね備えるモータジェネレータである。MG21a及び21bの各々としては、交流モータ(たとえば、永久磁石式同期モータ又は誘導モータ)が用いられる。MG21a及び21bの各々は、PCU24を介してバッテリ11に電気的に接続されている。MG21a、MG21bはそれぞれロータ軸42a、42bを有する。ロータ軸42a、42bはそれぞれMG21a、MG21bの回転軸に相当する。
車両100は、シングルピニオン型のプラネタリギヤ42をさらに備える。エンジン31の出力軸41とMG21aのロータ軸42aとの各々は、プラネタリギヤ42に連結されている。エンジン31は、たとえば複数の気筒(たとえば、4つの気筒)を含む火花点火式内燃機関である。エンジン31は、各気筒内で燃料(たとえば、ガソリン)を燃焼させることによって動力を生成し、生成された動力によって全ての気筒に共通のクランクシャフト(図示せず)を回転させる。エンジン31のクランクシャフトは、図示しないトーショナルダンパを介して、出力軸41に接続されている。クランクシャフトが回転することによって出力軸41も回転する。なお、エンジン31は、ガソリンエンジンに限られず、ディーゼルエンジンであってもよい。
プラネタリギヤ42は、3つの回転要素、すなわち入力要素、出力要素、及び反力要素を有する。より具体的には、プラネタリギヤ42は、サンギヤと、サンギヤと同軸に配置されたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤを自転及び公転可能に保持するキャリヤとを有する。キャリヤが入力要素に、リングギヤが出力要素に、サンギヤが反力要素に相当する。
エンジン31及びMG21aは、互いにプラネタリギヤ42を介して機械的に連結されている。エンジン31の出力軸41は、プラネタリギヤ42のキャリヤに連結されている。MG21aのロータ軸42aは、プラネタリギヤ42のサンギヤに連結されている。キャリヤには、エンジン31が出力するトルクが入力される。プラネタリギヤ42は、エンジン31が出力軸41に出力するトルクをサンギヤ(ひいては、MG21a)とリングギヤとに分割して伝達するように構成される。エンジン31が出力するトルクがリングギヤへ出力されるときには、MG21aによる反力トルクがサンギヤに作用する。
プラネタリギヤ42及びMG21bは、プラネタリギヤ42から出力される動力(すなわち、リングギヤに出力される動力)とMG21bから出力される動力(すなわち、ロータ軸42bに出力される動力)とが合わさって駆動輪45a,45bに伝達されるように構成される。より具体的には、プラネタリギヤ42のリングギヤには、ドリブンギヤ43に噛み合う出力ギヤ(図示せず)が取り付けられている。また、MG21bのロータ軸42bに取り付けられたドライブギヤ(図示せず)も、ドリブンギヤ43に噛み合っている。ドリブンギヤ43は、MG21bがロータ軸42bに出力するトルクと、プラネタリギヤ42のリングギヤから出力されるトルクとを合成するように作用する。このように合成された駆動トルクは、デファレンシャルギヤ44に伝達され、さらに、デファレンシャルギヤ44から左右に延びたドライブシャフト44a,44bを介して駆動輪45a,45bに伝達される。
MG21a、21bには、それぞれMG21a、21bの状態(たとえば、電流、電圧、温度、及び回転速度)を検出するモータセンサ22a、22bが設けられている。モータセンサ22a及び22bの各々は、その検出結果をモータECU23へ出力する。エンジン31には、エンジン31の状態(たとえば、吸気量、吸気圧、吸気温度、排気圧、排気温度、触媒温度、エンジン冷却水温、及び回転速度)を検出するエンジンセンサ32が設けられている。エンジンセンサ32は、その検出結果をエンジンECU33へ出力する。
HVECU50は、エンジン31を制御するための指令(制御指令)をエンジンECU33へ出力するように構成される。エンジンECU33は、HVECU50からの指令に従ってエンジン31の各種アクチュエータ(たとえば、図示しないスロットル弁、点火装置、及びインジェクタ)を制御するように構成される。HVECU50はエンジンECU33を通じてエンジン制御を行なうことができる。
HVECU50は、MG21a及びMG21bの各々を制御するための指令(制御指令)をモータECU23へ出力するように構成される。モータECU23は、HVECU50からの指令に従って、MG21a及びMG21bの各々の目標トルクに対応した電流信号(たとえば、電流の大きさ及び周波数を示す信号)を生成し、生成した電流信号をPCU24へ出力するように構成される。HVECU50はモータECU23を通じてモータ制御を行なうことができる。
PCU24は、たとえば、MG21a,21bに対応して設けられる2つのインバータと、各インバータとバッテリ11との間に配置されたコンバータと(いずれも図示せず)を含んで構成される。PCU24は、バッテリ11に蓄積された電力をMG21a及びMG21bの各々に供給するとともに、MG21a及びMG21bの各々により発電された電力をバッテリ11に供給するように構成される。PCU24は、MG21a及びMG21bの状態を別々に制御可能に構成され、たとえば、MG21aを回生状態(すなわち、発電状態)にしつつ、MG21bを力行状態にすることができる。PCU24は、MG21a及びMG21bの一方で発電された電力を他方に供給可能に構成される。MG21a及びMG21bは相互に電力の授受が可能に構成される。
車両100は、HV走行とEV走行とを行なうように構成される。HV走行は、エンジン31で走行駆動力を発生させながらエンジン31及びMG21bによって行なわれる走行である。EV走行は、エンジン31が停止した状態でMG21bによって行なわれる走行である。エンジン31が停止した状態では、各気筒における燃焼が行なわれなくなる。各気筒における燃焼が停止すると、エンジン31で燃焼エネルギー(ひいては、走行駆動力)が発生しなくなる。HVECU50は状況に応じてEV走行及びHV走行を切り替えるように構成される。
図2は、この実施の形態に係る車両100に含まれる各制御装置の接続態様を示す図である。図1とともに図2を参照して、車両100は、ローカルバスB1及びグローバルバスB2を含む車載LANを備える。車両100に搭載された各制御装置(たとえば、電池ECU13、モータECU23、及びエンジンECU33)は、車載LANに接続されている。この実施の形態では、車載LANの通信プロトコルとして、CAN(Controller Area Network)を採用する。ローカルバスB1及びグローバルバスB2の各々は、たとえばCANバスである。ただし、車載LANの通信プロトコルは、CANに限られず任意であり、たとえばFlexRayであってもよい。
ローカルバスB1には、電池ECU13と、モータECU23と、エンジンECU33とが接続されている。図示は省略しているが、グローバルバスB2には、複数の制御装置が接続されている。グローバルバスB2に接続される複数の制御装置は、たとえばHMI(Human Machine Interface)制御装置を含む。HMI制御装置の例としては、ナビゲーションシステム又はメータパネルを制御する制御装置が挙げられる。また、グローバルバスB2は、図示しないCGW(セントラルゲートウェイ)を介して他のグローバルバスに接続されている。
HVECU50は、グローバルバスB2に接続されている。HVECU50は、グローバルバスB2に接続される各制御装置と相互にCAN通信を行なうように構成される。また、HVECU50は、ゲートECU60を介してローカルバスB1に接続されている。ゲートECU60は、HVECU50と、ローカルバスB1に接続される各制御装置(たとえば、電池ECU13、モータECU23、及びエンジンECU33)との間の通信を中継するように構成される。HVECU50は、ゲートECU60を介して、ローカルバスB1に接続される各制御装置と相互にCAN通信を行なうように構成される。ゲートECU60は、車両100に関するデータ(たとえば、車載センサによって取得された各種情報、並びに後述するIWin,IWout,Win,Wout及び制御指令SM1,SM2,S)を集約し、保存するように構成されてもよい。また、ゲートECU60は、ファイアウォール機能を有してもよい。ゲートECU60は、たとえばファイアウォールとCAN通信のエラー検出機能との少なくとも一方と連携して、不正な通信を検知するように構成されてもよい。
この実施の形態では、電池ECU13、モータECU23、エンジンECU33、HVECU50、及びゲートECU60の各々として、マイクロコンピュータを採用する。電池ECU13、モータECU23、エンジンECU33、HVECU50、ゲートECU60は、それぞれプロセッサ13a、23a、33a、50a、60aと、RAM(Random Access Memory)13b、23b、33b、50b、60bと、記憶装置13c、23c、33c、50c、60cと、通信I/F(インターフェース)13d、23d、33d、50d、60dとを含んで構成される。各プロセッサとしては、たとえばCPU(Central Processing Unit)を採用できる。各通信I/Fは、CANコントローラを含む。RAMは、プロセッサによって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置は、格納された情報を保存可能に構成される。各記憶装置は、たとえば、ROM(Read Only Memory)及び書き換え可能な不揮発性メモリを含む。各記憶装置には、プログラムのほか、プログラムで使用される情報(たとえば、マップ、数式、及び各種パラメータ)が記憶されている。各記憶装置に記憶されているプログラムを各プロセッサが実行することで、車両100の各種制御が実行される。ただしこれに限られず、各種制御は、専用のハードウェア(電子回路)によって実行されてもよい。各ECUが備えるプロセッサの数も任意であり、いずれかのECUが複数のプロセッサを備えてもよい。
再び図1を参照して、バッテリ11の充放電制御について説明する。以下、バッテリ11の入力電力とバッテリ11の出力電力とを包括的に「電池電力」と総称する。HVECU50は、バッテリ11のSOC(State Of Charge)を用いて目標電池電力を決定する。そして、HVECU50は、電池電力が目標電池電力に近づくようにバッテリ11の充放電を制御する。ただし、こうしたバッテリ11の充放電制御は、後述する入出力制限による制約を受ける。以下では、充電側(入力側)の目標電池電力を「目標入力電力」、放電側(出力側)の目標電池電力を「目標出力電力」と記載する場合がある。この実施の形態では、放電側の電力を正(+)、充電側の電力を負(−)で表わす。ただし、電力の大きさを比較するときは、符号(+/−)によらず絶対値で比較する。すなわち、値が0に近い電力ほど小さい。電力に対して上限値及び下限値を設ける場合には、電力の絶対値が大きい側に上限値が位置し、電力の絶対値が小さい側に下限値が位置する。電力が正側の上限値を超えることは、電力が上限値よりも正側に大きくなる(すなわち、0に対して正側に遠ざかる)ことを意味する。電力が負側の上限値を超えることは、電力が上限値よりも負側に大きくなる(すなわち、0に対して負側に遠ざかる)ことを意味する。SOCは、蓄電残量を示し、たとえば、満充電状態の蓄電量に対する現在の蓄電量の割合を0〜100%で表わしたものである。SOCの測定方法としては、たとえば電流積算法又はOCV推定法のような公知の手法を採用できる。
図3は、目標電池電力を決定するために使用されるマップの一例を示す図である。図3において、基準値CはSOCの制御中心値を、電力値Pは目標入力電力の最大値を、電力値Pは目標出力電力の最大値を示している。図1とともに図3を参照して、このマップによれば、バッテリ11のSOCが基準値Cであるときには、目標電池電力が「0」になり、バッテリ11の充放電は行なわれない。バッテリ11のSOCが基準値Cよりも小さい領域(放電過多領域)では、目標入力電力が最大値(電力値P)に達するまではバッテリ11のSOCが小さくなるほど目標入力電力が大きくなる。一方、バッテリ11のSOCが基準値Cよりも大きい領域(充電過多領域)では、目標出力電力が最大値(電力値P)に達するまではバッテリ11のSOCが大きくなるほど目標出力電力も大きくなる。HVECU50は、図3に示すマップに従って目標電池電力を決定し、決定された目標電池電力に電池電力が近づくようにバッテリ11の充放電を行なうことで、バッテリ11のSOCを基準値Cに近づけることができる。SOCの基準値Cは、固定値であってもよいし、車両100の状況に応じて可変であってもよい。
HVECU50は、バッテリ11の入力制限及び出力制限を行なうように構成される。HVECU50は、バッテリ11の入力電力の上限値を示す第1電力上限値(以下、「Win」と表記する)と、バッテリ11の出力電力の上限値を示す第2電力上限値(以下、「Wout」と表記する)とを設定し、設定されたWin及びWoutを超えないように、電池電力を制御する。HVECU50は、エンジン31及びPCU24を制御することにより、電池電力を調整する。Win又はWoutが目標電池電力よりも小さい(すなわち、0に近い)場合には、電池電力は、目標電池電力ではなくWin又はWoutに制御される。この実施の形態では、Winが、本開示に係る「電力上限値」の一例に相当する。
電池ECU13は、電池センサ12の検出値を用いて、バッテリ11の入力電流の上限値を示す第1電流上限値(以下、「IWin」と表記する場合がある)を求めるように構成される。また、電池ECU13は、電池センサ12の検出値を用いて、バッテリ11の出力電流の上限値を示す第2電流上限値(以下、「IWout」と表記する場合がある)を求めるように構成される。すなわち、電池パック10は、電流制限型の電池パックに相当する。一方、HVECU50は、Winを用いてバッテリ11の入力電力を制御するように構成される。HVECU50は、電力基準の入力制限(すなわち、バッテリ11の入力電力がWinを超えないようにバッテリ11の入力電力を制御する処理)を行なうように構成される。また、HVECU50は、Woutを用いてバッテリ11の出力電力を制御するように構成される。HVECU50は、電力基準の出力制限(すなわち、バッテリ11の出力電力がWoutを超えないようにバッテリ11の出力電力を制御する処理)を行なうように構成される。すなわち、HVECU50は、電力制限型の制御装置に相当する。この実施の形態では、IWinが、本開示に係る「電流上限値」の一例に相当する。
上記のように、車両100は、電流制限型の電池パック(すなわち、電池パック10)と、電力制限型の制御装置(すなわち、HVECU50)とを備える。車両100では、電流制限型の電池パックと電力制限型の制御装置とが組み合わされて使用される。電池パック10からは、IWin及びIWoutが出力されるが、電池パック10とHVECU50との間に介在するゲートECU60により、IWin,IWoutはWin,Woutに変換される。これにより、HVECU50にはWin及びWoutが入力される。こうした構成により、HVECU50は、電池パック10に含まれるバッテリ11に対して電力基準の入力制限及び出力制限を適切に行なうことが可能になる。
図4は、電池パック10、ゲートECU60、及びHVECU50の詳細構成を示す図である。図4中のS1〜S3は、後述する第1〜第3ステップを示している。図2とともに図4を参照して、この実施の形態では、電池パック10に含まれるバッテリ11が、複数のセル111を含む組電池である。各セル111は、たとえばリチウムイオン電池である。各セル111は、正極端子111aと、負極端子111bと、電池ケース111cとを具備する。正極端子111aと負極端子111bとの間の電圧が、セル電圧Vsに相当する。バッテリ11においては、一のセル111の正極端子111aと、隣接する別のセル111の負極端子111bとが、導電性を有するバスバー112によって電気的に接続されている。セル111同士は直列に接続されている。ただしこれに限られず、組電池におけるセルの接続方式は任意である。
電池パック10は、上記バッテリ11に加えて、電池センサ12と、電池ECU13と、SMR14とを内蔵する。電池センサ12から電池ECU13へ出力される信号(以下、「電池センサ信号」とも称する)は、電圧センサ12aから出力される電圧信号VBと、電流センサ12bから出力される電流信号IBと、温度センサ12cから出力される温度信号TBとを含む。電圧信号VBは、各セル111の電圧(セル電圧Vs)の実測値を示す。電流信号IBは、バッテリ11に流れる電流の実測値(充電側を負とする)を示す。温度信号TBは、各セル111の温度の実測値を示す。
電池ECU13は、最新の電池センサ信号を繰り返し取得する。電池ECU13が電池センサ信号を取得する間隔(以下、「サンプリング周期」とも称する)は、固定値であってもよいし、可変であってもよい。この実施の形態では、サンプリング周期を8m秒とする。しかしこれに限られず、サンプリング周期は、所定範囲(たとえば、1m秒以上1秒以下の範囲)内で可変であってもよい。以下、単位時間あたりに電池ECU13が電池センサ信号を取得する回数を、「サンプリングレート」と記載する場合がある。サンプリングレートが高くなるほど、後述する変換処理によってWin,Woutを求める精度(すなわち、変換精度)が高くなる傾向がある。
電池ECU13は、IWin演算部131と、IWout演算部132とを含む。IWin演算部131は、電池センサ12の検出値(すなわち、電池センサ信号)を用いて、IWinを求めるように構成される。IWinの演算方法としては、公知の方法を採用可能である。IWin演算部131は、バッテリ11を保護するための充電電流制限が行なわれるようにIWinを決定してもよい。IWinは、たとえば、バッテリ11における過充電、Li析出、ハイレート劣化、及び電池過熱を抑制するように決定されてもよい。IWout演算部132は、電池センサ12の検出値(すなわち、電池センサ信号)を用いて、IWoutを求めるように構成される。IWoutの演算方法としては、公知の方法を採用可能である。IWout演算部132は、バッテリ11を保護するための放電電流制限が行なわれるようにIWoutを決定してもよい。IWoutは、たとえば、バッテリ11における過放電、Li析出、ハイレート劣化、及び電池過熱を抑制するように決定されてもよい。電池ECU13においては、たとえば、図2に示したプロセッサ13aと、プロセッサ13aにより実行されるプログラムとによって、IWin演算部131及びIWout演算部132が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
電池パック10は、IWin演算部131が求めたIWinと、IWout演算部132が求めたIWoutと、電池センサ12から取得した信号(すなわち、電池センサ信号)とを、ゲートECU60へ出力する。これらの情報は、電池パック10に含まれる電池ECU13から、電池パック10の外部に設けられたゲートECU60へ出力される。図2に示されるように、電池ECU13とゲートECU60とは、CAN通信によって情報をやり取りする。
ゲートECU60は、以下に説明するWin変換部61及びWout変換部62を含む。ゲートECU60においては、たとえば、図2に示したプロセッサ60aと、プロセッサ60aにより実行されるプログラムとによって、Win変換部61及びWout変換部62が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
Win変換部61は、次に示す式(1)を用いて、IWinをWinに変換する。式(1)は、予め記憶装置60c(図2)に記憶されている。
Win=IWin×VBs …(1)
式(1)において、VBsは、電池センサ12によって検出されたバッテリ11の電圧の実測値を示す。この実施の形態では、平均セル電圧(たとえば、バッテリ11を構成する全てのセル111の電圧の平均値)を、VBsとして採用する。ただしこれに限られず、平均セル電圧に代えて、最大セル電圧(すなわち、各セル111の電圧のうち最も高い電圧値)、最小セル電圧(すなわち、各セル111の電圧のうち最も低い電圧値)、又は組電池の端子間電圧(すなわち、SMR14が閉状態であるときに外部接続端子T1,T2間に印加される電圧)を、VBsとして採用してもよい。Win変換部61は、電池センサ信号(特に、電圧信号VB)を用いてVBsを取得することができる。Win変換部61は、上記式(1)に従い、IWinとVBsとを乗算することにより、IWinをWinに変換する。この実施の形態に係るWin変換部61は、本開示に係る「変換器」の一例に相当する。
Wout変換部62は、次に示す式(2)を用いて、IWoutをWoutに変換する。式(2)におけるVBsは、式(1)におけるVBsと同じである。式(2)は、予め記憶装置60c(図2)に記憶されている。
Wout=IWout×VBs …(2)
Wout変換部62は、電池センサ信号(特に、電圧信号VB)を用いてVBs(すなわち、電池センサ12によって検出されたバッテリ11の電圧の実測値)を取得することができる。Wout変換部62は、上記式(2)に従い、IWoutとVBsとを乗算することにより、IWoutをWoutに変換する。
電池パック10からゲートECU60にIWin、IWout、及び電池センサ信号が入力されると、ゲートECU60のWin変換部61及びWout変換部62によってIWin及びIWoutがそれぞれWin及びWoutに変換される。そして、ゲートECU60からHVECU50へWin、Wout、及び電池センサ信号が出力される。ゲートECU60は、電池パック10からIWin,IWout,VBsをリアルタイムで逐次取得し、Win及びWoutを算出してHVECU50へ送信する。ゲートECU60からHVECU50へ送信されるWin及びWoutは最新のIWin,IWout,VBs(すなわち、リアルタイム値)により逐次更新される。図2に示されるように、ゲートECU60とHVECU50とは、CAN通信によって情報をやり取りする。
HVECU50は、以下に説明する制御部51を含む。HVECU50においては、たとえば、図2に示したプロセッサ50aと、プロセッサ50aにより実行されるプログラムとによって、制御部51が具現化される。ただしこれに限られず、制御部51は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
制御部51は、Winを用いてバッテリ11の入力電力を制御するように構成される。また、制御部51は、Woutを用いてバッテリ11の出力電力を制御するように構成される。この実施の形態では、制御部51が、バッテリ11の入力電力及び出力電力がそれぞれWin及びWoutを超えないように、図1に示したMG21a、MG21b、及びエンジン31に対する制御指令SM1、SM2、及びSを作成する。制御部51は、MG21a及びMG21bに対する制御指令SM1及びSM2をモータECU23へ出力し、エンジン31に対する制御指令SをエンジンECU33へ出力する。HVECU50から出力された制御指令SM1及びSM2はゲートECU60を通じてモータECU23へ送られる。モータECU23は、受信した制御指令SM1及びSM2に従ってPCU24(図1)を制御する。HVECU50から出力された制御指令SはゲートECU60を通じてエンジンECU33へ送られる。エンジンECU33は、受信した制御指令Sに従ってエンジン31を制御する。制御指令SM1、SM2、及びSに従ってMG21a、MG21b、及びエンジン31が制御されることによって、バッテリ11の入力電力及び出力電力がそれぞれWin及びWoutを超えないように制御される。HVECU50は、エンジン31及びPCU24を制御することにより、バッテリ11の入力電力及び出力電力を調整することができる。HVECU50は、ゲートECU60からWin及びWoutをリアルタイムで逐次取得し、最新のWin及びWout(すなわち、リアルタイム値)を用いて制御指令SM1,SM2,Sを作成してモータECU23及びエンジンECU33へ送信する。
以上説明したように、この実施の形態に係る車両100は、電池ECU13を含む電池パック10と、電池パック10とは別個に設けられたHVECU50及びゲートECU60とを備える。ゲートECU60は、電池ECU13とHVECU50との間の通信を中継するように構成される。ゲートECU60には、Win変換部61及びWout変換部62が搭載されている。Win変換部61は、VBs(すなわち、電池センサ12によって検出されたバッテリ11の電圧の実測値)とIWinとを乗算することにより、IWinをWinに変換する。Wout変換部62は、VBsとIWoutとを乗算することにより、IWoutをWoutに変換する。電池ECU13は、電池センサ12の検出値を用いてIWin(すなわち、バッテリ11の入力電流の上限値を示す電流上限値)及びIWout(すなわち、バッテリ11の出力電流の上限値を示す電流上限値)を求めるように構成される。電池パック10は、IWin及びIWoutを出力するように構成される。電池パック10からゲートECU60にIWin,IWoutが入力されると、ゲートECU60のWin変換部61及びWout変換部62によってIWin及びIWoutがそれぞれWin及びWoutに変換され、ゲートECU60からHVECU50へWin、Woutが出力される。HVECU50は、Win(すなわち、バッテリ11の入力電力の上限値を示す電力上限値)を用いてバッテリ11の入力電力を制御するように構成される。また、HVECU50は、Wout(すなわち、バッテリ11の出力電力の上限値を示す電力上限値)を用いてバッテリ11の出力電力を制御するように構成される。
上記車両100は、Win変換部61及びWout変換部62を備えることにより、電流制限型の電池パック(たとえば、電池パック10)から出力されるIWin及びIWoutをそれぞれWin及びWoutに変換することができる。このため、HVECU50は、Win及びWoutを用いて、電力基準の入力制限と電力基準の出力制限とを適切に行なうことができる。
車両100に含まれる制御パーツは所定の単位でモジュール化されて車両制御システムを構成してもよい。
図5は、車両制御システムの第1の例を示す図である。図5を参照して、車両制御システム201は、MG21a,21bと、モータセンサ22a,22bと、モータECU23と、PCU24と、エンジン31と、エンジンセンサ32と、エンジンECU33と、プラネタリギヤ42と、HVECU50と、ゲートECU60とが、モジュール化されて構成される。車両制御システム201は、電池パック10(図4)を取り付け可能に構成される。
図6は、車両制御システムの第2の例を示す図である。図6を参照して、車両制御システム202は、車両制御システム201からエンジン制御パーツ(すなわち、エンジン31と、エンジンセンサ32と、及びエンジンECU33)が除かれてモジュール化されたものである。車両制御システム202は、電池パック10(図4)及び上記エンジン制御パーツを取り付け可能に構成される。
モジュール化された車両制御システムは、1つの部品として扱うことができる。上記のように制御パーツがモジュール化されることで、車両を製造しやすくなる。また、異なる車種で部品を共有化することが可能になる。
車両制御システム201,202は、HVECU50及びゲートECU60を備える。HVECU50は、当該車両制御システムに電池パック10(図4)が取り付けられた場合に、バッテリ11の入力電力がWinを超えないようにバッテリ11の入力電力を制御するとともに、バッテリ11の出力電力がWoutを超えないようにバッテリ11の出力電力を制御する。車両制御システム201,202では、HVECU50が、本開示に係る「制御部」の一例に相当する。ゲートECU60は、電池パック10からIWinが入力されると、電池センサ12によって検出されたバッテリ11の電圧の実測値とIWinとを乗算することにより、IWinをWinに変換する。また、ゲートECU60は、電池パック10からIWoutが入力されると、電池センサ12によって検出されたバッテリ11の電圧の実測値とIWoutとを乗算することにより、IWoutをWoutに変換する。車両制御システム201,202では、ゲートECU60が、本開示に係る「変換部」の一例に相当する。
電池パック10が取り付けられた車両制御システム201,202は、以下に説明する第1〜第3ステップを含む車両制御方法により、バッテリ11の入力電力を制御することができる。
第1ステップ(たとえば、図4中のS1)では、当該車両制御システムが、電池パック10からIWinとVBs(すなわち、バッテリ11の電圧の実測値)とを取得する。第2ステップ(たとえば、図4中のS2)では、当該車両制御システムが、IWinとVBsとを乗算することによりIWinをWinに変換する。第3ステップ(たとえば、図4中のS3)では、当該車両制御システムがWinを用いてバッテリ11の入力電力を制御する。
また、電池パック10が取り付けられた車両制御システム201,202は、以下に説明する第4〜第6ステップを含む車両制御方法により、バッテリ11の出力電力を制御することができる。
第4ステップでは、当該車両制御システムが、電池パック10からIWoutとVBs(すなわち、バッテリ11の電圧の実測値)とを取得する。第5ステップでは、当該車両制御システムが、IWoutとVBsとを乗算することによりIWoutをWoutに変換する。第6ステップでは、当該車両制御システムがWoutを用いてバッテリ11の出力電力を制御する。
上記車両制御方法によれば、車両制御システム201,202は、Win及びWoutを用いて、電力基準の入力制限と電力基準の出力制限とを適切に行なうことができる。
上記実施の形態では、電力制限型の制御装置に電流制限型の電池パックを接続する場合に、ゲートECU60を採用することにより、電流制限型の電池パックに含まれる二次電池に対して電力基準の入力制限と電力基準の出力制限とを行なうようにしている。すなわち、上記実施の形態では、電流制限型の電池パックに接続可能に構成され、電力制限型の電池パックには接続できないゲートECU60を採用している。しかしこれに限られず、上記実施の形態で採用したゲートECU60に代えて、図7に示すゲートECU60Xを採用してもよい。図7は、図4に示したゲートECUの変形例を示す図である。
図7を参照して、ゲートECU60Xは、電池パック10Aを接続するためのコネクタC21と、電池パック10Bを接続するためのコネクタC22とを備える。電池パック10Aは、外部接続のためのコネクタC11を備え、コネクタC11にIWin、IWout、及び電池センサ信号を出力する電流制限型の電池パックである。電池パック10Bは、外部接続のためのコネクタC12を備え、コネクタC12にWin、Wout、及び電池センサ信号を出力する電力制限型の電池パックである。また、ゲートECU60Xの出力ポートC3には信号線を介してHVECU50が接続されている。
電池パック10AのコネクタC11がゲートECU60XのコネクタC21に接続されると、電池パック10AからコネクタC21にIWin、IWout、及び電池センサ信号が入力される。そして、ゲートECU60XのWin変換部61及びWout変換部62によってIWin及びIWoutがそれぞれWin及びWoutに変換され、Win、Wout、及び電池センサ信号が出力ポートC3に出力される。このため、ゲートECU60XからHVECU50へWin、Wout、及び電池センサ信号が出力される。
他方、電池パック10BのコネクタC12がゲートECU60XのコネクタC22に接続されると、電池パック10BからコネクタC22にWin、Wout、及び電池センサ信号が入力される。ゲートECU60Xは、コネクタC22に入力されたWin、Wout、及び電池センサ信号を、そのまま出力ポートC3に出力する。すなわち、前述の変換は行なわれない。このため、ゲートECU60XからHVECU50へWin、Wout、及び電池センサ信号が出力される。
上記のように、この変形例に係るゲートECU60Xは、IWin,IWoutが入力された場合には前述の式(1),(2)による変換を行なってWin,Woutを出力し、Win,Woutが入力された場合には上記の変換を行なうことなくWin,Woutを出力するように構成される。こうしたゲートECU60Xを備える車両では、電流制限型の電池パック10Aを使用する場合と、電力制限型の電池パック10Bを使用する場合とのいずれにおいても、ゲートECU60XからWin,Woutが出力される。このため、こうした車両では、電流制限型の電池パック10Aと電力制限型の電池パック10Bとのいずれが採用された場合にも、HVECU50が電力基準の入力制限と電力基準の出力制限とを適切に行なうことができる。
なお、図7に示す例では、ゲートECU60Xが、電流制限型の電池パック用の入力ポート(コネクタC21)と電力制限型の電池パック用の入力ポート(コネクタC22)とを別々に備えているが、ゲートECUは、別の形態で電流制限型の電池パックと電力制限型の電池パックとの両方に接続可能に構成されてもよい。たとえば、ゲートECUは、電流制限型の電池パックと電力制限型の電池パックとの両方が接続される1つの入力ポートを備えてもよい。そして、この入力ポートに電池パックが接続された際のイニシャル処理で電池パックが電流制限型/電力制限型のいずれであるかをゲートECUが認識するように構成されてもよい。入力ポートに接続された電池パックが電流制限型である場合には、ゲートECUは、変換ロジック(たとえば、図7に示したWin変換部61及びWout変換部62)を起動して、入力されるIWin及びIWoutをそれぞれWin及びWoutに変換するとともにWin及びWoutを出力ポートへ出力してもよい。他方、入力ポートに接続された電池パックが電力制限型である場合には、ゲートECUは、変換ロジックを起動せずに、入力されるWin及びWoutをそのまま出力ポートへ出力してもよい。
上記実施の形態では、バッテリ11の入力制限のために求められる電力上限値の数が1つである。しかしこれに限られず、複数の電力上限値を用いて入力制限を行なってもよい。たとえば、上記実施の形態で採用したHVECU50に代えて、図8に示すHVECU50Xを採用してもよい。図8は、図4に示したHVECU50の変形例を示す図である。
図4とともに図8を参照して、HVECU50Xのハードウェア構成は、図2に示したHVECU50の構成と同じである。ただし、HVECU50Xは、制御部51に加えてガード部53を含む。HVECU50Xにおいては、たとえば、図2に示したプロセッサ50aと、プロセッサ50aにより実行されるプログラムとによって、制御部51及びガード部53が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
HVECU50Xには、たとえば図4に示したゲートECU60からWin、Wout、及び電池センサ信号が入力される。ガード部53は、マップMを用いて、バッテリ11の入力電力の上限値を示す第3電力上限値(以下、「GWin」と表記する場合がある)と、バッテリ11の出力電力の上限値を示す第4電力上限値(以下、「GWout」と表記する場合がある)とを求める。GWinは、Winに対するガード値であり、Winが異常値(より特定的には、過剰に大きい値)であるときに、Winに代わってバッテリ11の入力電力を制限する。GWoutは、Woutに対するガード値であり、Woutが異常値(より特定的には、過剰に大きい値)であるときに、Woutに代わってバッテリ11の出力電力を制限する。
マップMは、バッテリ11の温度とGWin及びGWoutの各々との関係を示す情報であり、予め記憶装置50c(図2)に記憶されている。マップM中の線L11は、バッテリ11の温度とGWinとの関係を示している。マップM中の線L12は、バッテリ11の温度とGWoutとの関係を示している。
ガード部53は、マップMを参照して、現在のバッテリ11の温度に対応するGWin,GWoutを取得する。そして、WinとGWinとのうち小さいほうを制御部51へ出力するとともに、WoutとGWoutとのうち小さいほうを制御部51へ出力する。たとえば、マップMにおけるバッテリ11の温度とWinとが、状態P11であるときにはWinが、状態P12であるときにはGWin(線L11)が、制御部51へ出力される。以下、WinがGWinを超えること(たとえば、状態P12になること)を、「Winガードあり」と記載する場合がある。また、マップMにおけるバッテリ11の温度とWoutとが、状態P21であるときにはWoutが、状態P22であるときにはGWout(線L12)が、制御部51へ出力される。以下、WoutがGWoutを超えること(たとえば、状態P22になること)を、「Woutガードあり」と記載する場合がある。
上記GWin,GWoutの取得に用いられるバッテリ11の温度は、たとえば図4に示した温度センサ12cによって検出されるバッテリ11の温度の実測値である。たとえば、平均セル温度、最大セル温度、及び最小セル温度のいずれかを、上記バッテリ11の温度として採用してもよい。
上記電力上限値に加えて、電池センサ信号も、ガード部53から制御部51へ出力される。制御部51は、ガード部53から受け取った電力上限値を用いて、バッテリ11の入力電力及び出力電力を制御する。より具体的には、制御部51は、バッテリ11の入力電力及び出力電力の各々が電力上限値を超えないように、図1に示したMG21a、MG21b、及びエンジン31に対する制御指令SM1、SM2、及びSを作成する。制御部51により、バッテリ11の入力電力は、WinとGWinとのうち小さいほうを超えないように制御される。これにより、バッテリ11の入力電力は、Win及びGWinの両方を超えないことになる。また、制御部51により、バッテリ11の出力電力は、WoutとGWoutとのうち小さいほうを超えないように制御される。これにより、バッテリ11の出力電力は、Wout及びGWoutの両方を超えないことになる。
ガード部53は、Winガードあり及びWoutガードありを記憶装置50c(図2)に記録し、記録されたデータに基づいて、車両に搭載された電池パック(たとえば、図4に示した電池パック10)の適合/不適合を判断してもよい。たとえば、ガード部53は、Winガードありの頻度とWoutガードありの頻度との少なくとも一方が所定値を超えたときに、電池パックが不適合であると判断してもよい。また、ガード部53は、Winガードありの状態が継続する時間とWoutガードありの状態が継続する時間との少なくとも一方が所定値を超えたときに、電池パックが不適合であると判断してもよい。
HVECU50Xは、電池パックの適合/不適合の判断結果を記憶装置50c(図2)に記録してもよい。また、HVECU50Xは、電池パックが不適合であると判断された場合に、その旨をユーザに報知してもよい。この報知により、ユーザに電池パックの交換を促してもよい。ユーザへの報知処理は任意であり、表示装置への表示(たとえば、文字又は画像の表示)で知らせてもよいし、スピーカにより音(音声を含む)で知らせてもよいし、所定のランプを点灯(点滅を含む)させてもよい。
IWin,IWoutからWin,Woutへの変換精度が不十分であることに起因してWin,WoutがGWin,GWoutを超えることがある。このため、HVECU50Xは、WinがGWinを超えたとき、及び/又は、WoutがGWoutを超えたときに、図4に示した電池ECU13へ所定の信号を送ることにより、電池ECU13のサンプリングレート(ひいては、単位時間あたりに電池ECU13からゲートECU60へ送られる電池センサ信号のデータ数)を高めてもよい。
上記図8に示した変形例によれば、何らかの要因でWin,Woutが過剰に大きい値になったときに、GWin,GWoutによってバッテリ11を保護することが可能になる。
上記実施の形態では、ゲートECU60にWin変換部61及びWout変換部62が搭載されている。しかしこれに限られず、これらの機能を別のECUに持たせてもよい。
図9は、図4に示した車両制御システムの第1変形例を示す図である。図9を参照して、この変形例に係る車両制御システムは、HVECU50の代わりにHVECU50Yが採用され、ゲートECU60が割愛されたこと以外は、図4に示した車両制御システムと同じである。HVECU50Yのハードウェア構成は、図2に示したHVECU50の構成と同じである。ただし、HVECU50Yは、制御部51に加えて、Win変換部521及びWout変換部522を備える。Win変換部521及びWout変換部522はそれぞれ前述したWin変換部61及びWout変換部62(図4)と同じ機能を有する。HVECU50Yにおいては、たとえば、図2に示したプロセッサ50aと、プロセッサ50aにより実行されるプログラムとによって、制御部51、Win変換部521、及びWout変換部522が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
電池パック10はIWin、IWout、及び電池センサ信号をHVECU50Yへ出力する。HVECU50YのWin変換部521及びWout変換部522は、電池パック10から入力されるIWin及びIWoutをそれぞれWin及びWoutに変換する。Win及びWoutは、それぞれWin変換部521及びWout変換部522から制御部51に入力される。制御部51は、バッテリ11の入力電力及び出力電力がそれぞれWin及びWoutを超えないように、図1に示したMG21a、MG21b、及びエンジン31に対する制御指令SM1、SM2、及びSを作成して、制御指令SM1,SM2及び制御指令SをそれぞれモータECU23及びエンジンECU33へ出力する。
上記変形例に係る車両制御システムでは、電池パック10とは別個に設けられたHVECU50Yが、変換器(すなわち、Win変換部521及びWout変換部522)を含み、変換器によってIWin,IWoutをWin,Woutに変換する。このため、電池パック10の構成を変更することなく、車両に変換器を搭載することができる。また、前述したゲートECU60(図4)を追加することなく、HVECU50Yが電力基準の入力制限と電力基準の出力制限とを適切に行なうことが可能になる。
図10は、図4に示した車両制御システムの第2変形例を示す図である。図10を参照して、この変形例に係る車両制御システムは、電池パック10(電池ECU13を含む)の代わりに電池パック10X(電池ECU13Xを含む)が採用され、ゲートECU60が割愛されたこと以外は、図4に示した車両制御システムと同じである。電池パック10Xに含まれる電池ECU13Xのハードウェア構成は、図2に示した電池ECU13の構成と同じである。ただし、電池ECU13Xは、IWin演算部131及びIWout演算部132に加えて、Win変換部133及びWout変換部134を備える。Win変換部133及びWout変換部134はそれぞれ前述したWin変換部61及びWout変換部62(図4)と同じ機能を有する。電池ECU13Xにおいては、たとえば、図2に示したプロセッサ13aと、プロセッサ13aにより実行されるプログラムとによって、IWin演算部131、IWout演算部132、Win変換部133、及びWout変換部134が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
電池ECU13XのWin変換部133及びWout変換部134は、それぞれIWin演算部131及びIWout演算部132からIWin及びIWoutを受け取り、IWin及びIWoutをWin及びWoutに変換する。電池パック10XはWin、Wout、及び電池センサ信号をHVECU50へ出力する。HVECU50の制御部51は、バッテリ11の入力電力及び出力電力がそれぞれWin及びWoutを超えないように、図1に示したMG21a、MG21b、及びエンジン31に対する制御指令SM1、SM2、及びSを作成して、制御指令SM1,SM2及び制御指令SをそれぞれモータECU23及びエンジンECU33へ出力する。
上記変形例に係る車両制御システムでは、電池ECU13X(すなわち、電池パック10Xの内部)に変換器(すなわち、Win変換部133及びWout変換部134)が組み込まれる。こうした構成では、電池パック10Xの内部においてIWin及びIWoutがWin及びWoutに変換され、電池パック10XからWin及びWoutを出力することが可能になる。このため、前述したゲートECU60(図4)を追加することなく、HVECU50が電力基準の入力制限と電力基準の出力制限とを適切に行なうことが可能になる。
上記実施の形態及び各変形例では、二次電池の入力制限に準ずる態様で二次電池の出力制限を行なっているが、二次電池の出力制限の方法は任意に変更可能である。たとえば、二次電池の出力側の電力上限値は、二次電池の入力側の電力上限値とは異なる演算方法で算出されてもよい。
上記実施の形態及び各変形例では、ローカルバスB1に電池ECU13、モータECU23、及びエンジンECU33が接続されている(図2参照)。しかしこれに限られず、モータECU23及びエンジンECU33はグローバルバスB2に接続されてもよい。
車両の構成は、図1に示した構成に限られない。たとえば、図1にはハイブリッド車を示しているが、車両は、ハイブリッド車に限定されず、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよい。また、車両は、車両外部から供給される電力を用いて電池パック内の二次電池を充電可能に構成されるPHVであってもよい。また、HVECU50は、電池ECU13を介さず直接的にSMR14を制御するように構成されてもよい。また、電池パック10に含まれるバッテリ11(二次電池)は、組電池に限られず、単電池であってもよい。
上記の各種変形例は任意に組み合わせて実施されてもよい。
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。本発明の範囲は、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及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。
10,10A,10B,10X 電池パック、11 バッテリ、12 電池センサ、12a 電圧センサ、12b 電流センサ、12c 温度センサ、13,13X 電池ECU、13a,50a,60a プロセッサ、13c,50c,60c 記憶装置、14 SMR、21a 第1モータジェネレータ、21b 第2モータジェネレータ、22a,22b モータセンサ、23 モータECU、24 PCU、31 エンジン、32 エンジンセンサ、33 エンジンECU、41 出力軸、42 プラネタリギヤ、42a,42b ロータ軸、43 ドリブンギヤ、44 デファレンシャルギヤ、44a,44b ドライブシャフト、45a,45b 駆動輪、50,50X,50Y HVECU、51 制御部、53 ガード部、60,60X ゲートECU、61 Win変換部、62 Wout変換部、100 車両、111 セル、111a 正極端子、111b 負極端子、111c 電池ケース、112 バスバー、131 IWin演算部、132 IWout演算部、133 Win変換部、134 Wout変換部、521 Win変換部、522 Wout変換部、201,202 車両制御システム、B1 ローカルバス、B2 グローバルバス、C11,C12,C21,C22 コネクタ、T1,T2 外部接続端子。

Claims (9)

  1. 二次電池と、前記二次電池の状態を検出する電池センサと、第1制御装置とを含む電池パックと、
    前記電池パックとは別個に設けられた第2制御装置とを備える、車両であって、
    前記第1制御装置は、前記電池センサの検出値を用いて、前記二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値を求めるように構成され、
    前記第2制御装置は、前記二次電池の入力電力の上限値を示す電力上限値を用いて、前記二次電池の入力電力を制御するように構成され、
    前記電池センサによって検出された前記二次電池の電圧の実測値と前記電流上限値とを乗算することにより前記電流上限値を前記電力上限値に変換する変換器が搭載されている、車両。
  2. 前記電池パックとは別個に設けられ、前記第1制御装置と前記第2制御装置との間の通信を中継する第3制御装置をさらに備え、
    前記変換器は、前記第3制御装置に搭載されており、
    前記電池パックは、前記電流上限値を出力するように構成され、
    前記電池パックから前記第3制御装置に前記電流上限値が入力されると、前記変換器によって前記電流上限値が前記電力上限値に変換され、前記第3制御装置から前記第2制御装置へ前記電力上限値が出力される、請求項1に記載の車両。
  3. 前記第3制御装置は、前記電流上限値が入力された場合には前記変換を行なって前記電力上限値を出力し、前記電力上限値が入力された場合には前記変換を行なうことなく前記電力上限値を出力するように構成される、請求項2に記載の車両。
  4. 前記第1制御装置、前記第2制御装置、及び前記第3制御装置の各々は、車載LANに接続されたマイクロコンピュータであり、
    前記車載LANにおいて、前記第1制御装置は前記第3制御装置を介して前記第2制御装置と通信可能に接続されている、請求項2又は3に記載の車両。
  5. 前記変換器は、前記第1制御装置に搭載されており、
    前記第1制御装置は、前記第2制御装置と接続されている場合に、前記電池センサの検出値を用いて求めた前記電流上限値を前記変換器によって前記電力上限値に変換し、前記電力上限値を前記第2制御装置へ出力するように構成される、請求項1に記載の車両。
  6. 前記変換器は、前記第2制御装置に搭載されており、
    前記電池パックは、前記電流上限値を出力するように構成され、
    前記第2制御装置は、前記電池パックから入力される前記電流上限値を前記変換器によって前記電力上限値に変換し、前記二次電池の入力電力が前記電力上限値を超えないように前記二次電池の入力電力を制御するように構成される、請求項1に記載の車両。
  7. 前記二次電池は、複数のセルを含む組電池であり、
    前記乗算に用いられる前記二次電池の電圧の実測値は、平均セル電圧と、最大セル電圧と、最小セル電圧と、前記組電池の端子間電圧とのいずれかである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の車両。
  8. 二次電池を含む電池パックを取り付け可能に構成される車両制御システムであって、
    当該車両制御システムに前記電池パックが取り付けられた場合に、前記二次電池の入力電力が電力上限値を超えないように前記二次電池の入力電力を制御する制御部と、
    前記電池パックから、前記二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値が入力されると、前記二次電池の電圧の実測値と前記電流上限値とを乗算することにより前記電流上限値を前記電力上限値に変換する変換部とを備える、車両制御システム。
  9. 二次電池を含む電池パックが取り付けられた車両制御システムが、前記電池パックから、前記二次電池の入力電流の上限値を示す電流上限値と、前記二次電池の電圧の実測値とを取得するステップと、
    前記車両制御システムが、前記電流上限値と前記電圧の実測値とを乗算することにより、前記電流上限値を、前記二次電池の入力電力の上限値を示す電力上限値に変換するステップと、
    前記車両制御システムが、前記電力上限値を用いて前記二次電池の入力電力を制御するステップとを含む、車両制御方法。
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