JP2022059439A - コンピュータプログラム、判定装置及び判定方法 - Google Patents

コンピュータプログラム、判定装置及び判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コンピュータプログラム、判定装置及び判定方法の提供。【解決手段】コンピュータに、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、シミュレーションの実行結果に基づき、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定する処理を実行させる。【選択図】図６

Description

本発明は、コンピュータプログラム、判定装置及び判定方法に関する。
ＥＶ（Electric Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）などの車両には、バッテリ及びバッテリを充電するための充電システムが搭載されている（例えば、特許文献１を参照）。
車両に搭載されるバッテリには、過充電や過放電などの異常が発生した場合に充放電経路を遮断するリレーが設けられている。バッテリは、充放電が行われていないタイミングにてリレーを開閉させることによって、異常発生時にリレーが正常に機能するか否かを診断するリレー自己診断を実施する。
また、バッテリには、バッテリ内部に流れる電流を検知する電流センサが設けられている。バッテリは、例えばゼロ負荷の状態において検知された電流（暗電流）に基づき、電流センサを校正する電流キャリブレーションを実施する。
特開２０１１－０６２０１８号公報
しかしながら、車両の仕様と車両に搭載されたバッテリの仕様とが適合していなかった場合、リレー自己診断や電流キャリブレーションが正常に機能しない可能性がある。実際にバッテリを搭載して車両システムの総合検証を行う段階において、上述のような不具合が見つかった場合、仕様を見直す必要が生じたり、車両に搭載するバッテリの種類を変更したりする必要が生じたりするので、早期に仕様の合意に達することができないという問題点が生じる。
本発明は、シミュレーションによってリレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定するコンピュータプログラム、判定方法及び判定装置を提供することを目的とする。
コンピュータプログラムは、コンピュータに、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。
コンピュータプログラムは、コンピュータに、接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。
判定装置は、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行する実行部と、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する判定部とを備える。
判定装置は、接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行する実行部と、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する判定部とを備える。
判定方法は、コンピュータを用いて、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する。
判定方法は、コンピュータを用いて、接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する。
本願によれば、シミュレーションによってリレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定できる。
車両における制御系の構成を説明するブロック図である。 蓄電デバイスの内部構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係る開発支援装置の内部構成を説明するブロック図である。 開発支援装置が用いるシミュレーションモデルの構成を示すブロック図である。 蓄電素子を模擬する等価回路の一例を示す回路図である。 開発支援装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。
実施形態におけるコンピュータプログラムは、コンピュータに、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する処理を実行させる。
本実施の形態において、蓄電デバイスが備えるスイッチとは、蓄電デバイスに対する充放電経路を遮断又は接続するための回路要素を表す。スイッチの一例は、リレーである。代替的に、スイッチは、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）などの半導体素子、ブレーカ、マグネットコンタクタなど、通電状態と非通電状態とを切り替える回路要素であってもよい。駆動体とは、蓄電デバイスから供給される電力により動作することが可能な装置やシステムの総称である。駆動体の一例は、車両である。車両は、四輪車に限らず、二輪車であってもよい。代替的に、駆動体は、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）、無人飛行体（ドローン）、航空機などの移動体であってもよい。適合性とは、自己診断中の電力供給状態において、駆動体が駆動できるかどうかを表す。実機や試作品を用いた検証では、スイッチの自己診断に不具合が発生した場合、蓄電デバイスの仕様を見直したり、駆動体に搭載する蓄電デバイスの種類を変更したりする必要があるので、開発に時間を要する。これに対し、本実施形態では、蓄電デバイスや駆動体の実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、自己診断に関するシミュレーションによって、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定できるので、開発時間を短縮できる。昨今の電気自動車、再生可能エネルギ、スマートグリッドなどの目覚ましい開発進展を考えた場合、高性能・高安全の蓄電デバイスに対する期待は大きく、シミュレーションを活用した開発時間の短縮の意義は大きい。
前記コンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータに、前記シミュレーションによって、前記スイッチの自己診断に要する時間を推定し、推定した時間の長短に応じて、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する処理を実行させてもよい。この構成によれば、駆動体の実機や試作品が備える様々な要素の影響を受けることなく、自己診断に要する時間といった診断に本質的な部分に着目して適合性を判定できる。
前記コンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータに、前記シミュレーションによって、推定した時間の長短に応じて前記スイッチの自己診断の成否を判定する処理を実行させてもよい。この構成によれば、駆動体の実機や試作品が備える様々な要素の影響を受けることなく、自己診断に要する時間といった診断に本質的な部分に着目してスイッチの自己診断の成否を判定できる。
実施形態におけるコンピュータプログラムは、コンピュータに、接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する処理を実行させる。
本実施の形態において、センサは、接続先である駆動体の状態に応じて変化するような値を計測するための素子や装置を表す。センサの一例は、電流センサである。代替的に、センサは、電圧センサ、温度センサなどの素子や装置であってもよい。駆動体とは、蓄電デバイスから供給される電力により動作することが可能な装置やシステムの総称である。駆動体の一例は、車両である。車両は、四輪車に限らず、二輪車であってもよい。代替的に、駆動体は、電車、ＡＧＶ、無人飛行体（ドローン）、航空機などの移動体であってもよい。適合性とは、校正中の電力供給状態において、駆動体が駆動できるかどうかを表す。実機や試作品を用いた検証では、センサの校正に成功しなかった場合、蓄電デバイスの仕様を見直したり、駆動体に搭載する蓄電デバイスの種類を変更したりする必要があるので、開発に時間を要する。これに対し、本実施形態では、蓄電デバイスや駆動体の実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、センサの校正に関するシミュレーションによって、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定できるので、開発時間を短縮できる。昨今の電気自動車、再生可能エネルギ、スマートグリッドなどの目覚ましい開発進展を考えた場合、高性能・高安全の蓄電デバイスに対する期待は大きく、シミュレーションを活用した開発時間の短縮の意義は大きい。
前記コンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータに、前記シミュレーションによって、前記蓄電デバイスがゼロ負荷となる時間を推定し、推定した時間の長短に応じて、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する処理を実行させてもよい。この構成によれば、駆動体の実機や試作品が備える様々な要素の影響を受けることなく、ゼロ負荷になる時間といった診断に本質的な部分に着目して適合性を判定できる。
前記コンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータに、前記シミュレーションによって、推定した時間の長短に応じて前記センサの校正の成否を判定する処理を実行させてもよい。この構成によれば、駆動体の実機や試作品が備える様々な要素の影響を受けることなく、ゼロ負荷になる時間といった診断に本質的な部分に着目してセンサの校正の成否を判定できる。
前記コンピュータプログラムにおいて、前記駆動体モデルは、前記駆動体を容量素子及び抵抗素子の並列回路により記述してもよい。この構成によれば、容量素子及び抵抗素子のみを用いた簡易な回路によって駆動体を記述しているので、駆動体の実機や試作品が備える様々な要素の影響を受けることなく、スイッチの自己診断に要する時間やゼロ負荷になる時間といった診断に本質的な部分に着目して適合性を判定できる。上記コンピュータプログラムでは、駆動体を簡易な回路によって記述しているので、計算負荷が軽減される。
本実施の形態における判定装置は、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行する実行部と、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する判定部とを備える。
実機や試作品を用いた検証では、スイッチの自己診断に不具合が発生した場合、蓄電デバイスの仕様を見直したり、駆動体に搭載する蓄電デバイスの種類を変更したりする必要があるので、開発に時間を要する。これに対し、本実施形態における判定装置では、蓄電デバイスや駆動体の実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、自己診断に関するシミュレーションによって、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定できるので、開発時間を短縮できる。昨今の電気自動車、再生可能エネルギ、スマートグリッドなどの目覚ましい開発進展を考えた場合、高性能・高安全の蓄電デバイスに対する期待は大きく、シミュレーションを活用した開発時間の短縮の意義は大きい。
本実施の形態における判定装置は、接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行する実行部と、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する判定部とを備える。
実機や試作品を用いた検証では、センサの校正に成功しなかった場合、蓄電デバイスの仕様を見直したり、駆動体に搭載する蓄電デバイスの種類を変更したりする必要があるので、開発に時間を要する。これに対し、本実施形態における判定装置では、蓄電デバイスや駆動体の実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、センサの校正に関するシミュレーションによって、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定できるので、開発時間を短縮できる。昨今の電気自動車、再生可能エネルギ、スマートグリッドなどの目覚ましい開発進展を考えた場合、高性能・高安全の蓄電デバイスに対する期待は大きく、シミュレーションを活用した開発時間の短縮の意義は大きい。
本実施の形態における判定方法は、コンピュータを用いて、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する。
実機や試作品を用いた検証では、スイッチの自己診断に不具合が発生した場合、蓄電デバイスの仕様を見直したり、駆動体に搭載する蓄電デバイスの種類を変更したりする必要があるので、開発に時間を要する。これに対し、本実施形態における判定方法では、蓄電デバイスや駆動体の実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、自己診断に関するシミュレーションによって、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定できるので、開発時間を短縮できる。昨今の電気自動車、再生可能エネルギ、スマートグリッドなどの目覚ましい開発進展を考えた場合、高性能・高安全の蓄電デバイスに対する期待は大きく、シミュレーションを活用した開発時間の短縮の意義は大きい。
本実施の形態における判定方法は、コンピュータを用いて、接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する。
実機や試作品を用いた検証では、センサの校正に成功しなかった場合、蓄電デバイスの仕様を見直したり、駆動体に搭載する蓄電デバイスの種類を変更したりする必要があるので、開発に時間を要する。これに対し、本実施形態における判定方法では、蓄電デバイスや駆動体の実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、センサの校正に関するシミュレーションによって、蓄電デバイスと駆動体との適合性を判定できるので、開発時間を短縮できる。昨今の電気自動車、再生可能エネルギ、スマートグリッドなどの目覚ましい開発進展を考えた場合、高性能・高安全の蓄電デバイスに対する期待は大きく、シミュレーションを活用した開発時間の短縮の意義は大きい。
以下、本発明の実施形態として、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などの車両に搭載される充電システムへの適用例を説明する。
図１は車両における制御系の構成を説明するブロック図である。車両Ｃは、制御系の構成として、蓄電デバイス１０、蓄電デバイス１０を充電するための充電システム２０、及び車両全体の制御を実行する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備える。本実施の形態において車両Ｃは、蓄電デバイス１０から供給される電力によって駆動する駆動体の一例である。蓄電デバイス１０、充電システム２０、及び車両ＥＣＵ３０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）などの車内回線を介して互いに通信可能に接続される。本実施の形態において、車両ＥＣＵ３０は、車両Ｃの走行状態、蓄電デバイス１０の充電状態などを監視し、車両Ｃの走行状態や蓄電デバイス１０の充電状態に応じて、蓄電デバイス１０の充放電を切り替える制御等を実行する。
蓄電デバイス１０は、蓄電素子１１と、ＢＭＵ１２（Battery Management Unit）とを備える（図２を参照）。蓄電素子１１は、例えば複数の電池を直列に接続してなる組電池により構成される。蓄電素子１１は、車両Ｃの充電システム２０から供給される電力により充電され、車両ＥＣＵ３０からの制御指令に応じて負荷へ電力を供給する。蓄電素子１１が電力を供給する負荷の一例は、車両Ｃを走行させるための駆動トルクを発生させる電動モータ２３である。負荷の他の例は、ヘッドライト、方向指示灯、車内灯、パワーウィンドウなど車両Ｃが備える各種の装備品を含む。ＢＭＵ１２は、蓄電デバイス１０を管理する機能を有する。ＢＭＵ１２は、蓄電デバイス１０の状態を推定する機能、蓄電デバイス１０における異常を検知する機能などを有しており、推定した蓄電デバイス１０の状態に関する情報、検知した異常に関する情報などを車両ＥＣＵ３０へ通知する。
充電システム２０は、充電ＥＣＵ２１と、オルタネータ２２とを含む。オルタネータ２２は、図に示していないエンジンの出力軸に連結される発電機であり、出力軸が回転することによって発電するよう構成されている。オルタネータ２２の発電によって得られる電力は、充電ＥＣＵ２１からの制御により、蓄電デバイス１０及び車両Ｃが備える負荷に供給される。オルタネータ２２は、車両Ｃが減速しているときに発電する回生制御を行うことにより、エンジン出力軸の回転に対する負荷となって車両Ｃに制動力を与えると共に、発電した電力を蓄電デバイス１０及び車両Ｃが備える負荷へ供給する。
図２は蓄電デバイス１０の内部構成を示すブロック図である。蓄電デバイス１０は、蓄電素子１１及びＢＭＵ１２に加え、電流センサ１３、電圧センサ１４、温度センサ１５、リレー１６などを備える。蓄電素子１１は、例えば、直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池（電池セル）から構成される。
電流センサ１３は、蓄電素子１１と負極端子１０Ａとの間に設けられており、蓄電素子１１に流れ込む電流を計測する。本実施の形態において、電流センサ１３は接続先の状態に依存しないセンサの一例である。電流センサ１３は、計測結果をＢＭＵ１２へ出力する。
電圧センサ１４は、蓄電素子１１に並列に接続されており、蓄電素子１１の両端電圧を計測する。電圧センサ１４は、計測結果をＢＭＵ１２へ出力する。
温度センサ１５は、蓄電デバイス１０の内部又は外部に設けられており、温度を計測する。温度センサ１５は複数設けられてもよい。温度センサ１５が計測する温度は、例えば蓄電素子１１の温度である。この場合、温度センサ１５は蓄電素子１１の近傍（蓄電デバイスの内部）に設けられる。温度センサ１５が計測する温度は、蓄電デバイス１０が設置されている環境の温度（環境温度）であってもよい。この場合、温度センサ１５は蓄電デバイス１０の近傍に設けられる。以下の説明では、蓄電素子１１の温度と、環境温度とを区別せずに、蓄電デバイス１０の温度と表記する。温度センサ１５は、計測結果をＢＭＵ１２へ出力する。
リレー１６は、蓄電素子１１と正極端子１０Ｂとの間に設けられており、ＢＭＵ１２からの制御指令に応じて、蓄電素子１１の充放電経路を遮断又は接続するための回路要素である。本実施の形態において、リレー１６は蓄電デバイス１０の通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチの一例である。蓄電デバイス１０が正常に機能している場合、充放電経路は接続され、外部から蓄電素子１１への充電、及び蓄電素子１１から負荷への給電（放電）が可能である。一方、蓄電デバイス１０において過充電や過放電などの異常が検知された場合、ＢＭＵ１２からの制御指令により、充放電経路は遮断され、蓄電素子１１への充電、及び負荷への給電（放電）が停止される。
本実施の形態において、リレー１６は充放電経路を遮断又は接続するための回路要素の一例である。代替的に、ＦＥＴなどの半導体スイッチを用いて充放電経路を遮断又は接続する構成としてもよい。
ＢＭＵ１２は、蓄電デバイス１０の状態を管理するための装置であり、例えば、制御部１２１、記憶部１２２、接続部１２３、通信部１２４を備える。制御部１２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。制御部１２１が備えるＣＰＵは、ＲＯＭに予め格納される制御プログラムを実行することにより、蓄電デバイス１０の状態を推定する機能、蓄電デバイス１０における異常を検知する機能などを実現する。ＲＡＭは、ＣＰＵによる演算の実行中に生成される各種の情報を一時的に記憶する。記憶部１２２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read Only Memory）などにより構成されており、制御に必要なデータなどを記憶する。接続部１２３には、電流センサ１３、電圧センサ１４、温度センサ１５、リレー１６などが接続される。通信部１２４は、ＣＡＮやＬＩＮなどの車内回線を介して、車両ＥＣＵ３０と通信可能に接続される。
ＢＭＵ１２の制御部１２１は、接続部１２３を通じて、電流センサ１３により計測される電流値、電圧センサ１４により計測される電圧値、温度センサ１５により計測される温度を取得し、これらのデータに基づき、蓄電デバイス１０のＳＯＣ（State Of Charge）やＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を推定する。ＳＯＣの推定には例えば電流積算法が用いられる。電流積算法は、蓄電デバイス１０の充放電電流を電流センサ１３によって常時計測して蓄電デバイス１０に出入りする電力量を求め、これを初期容量値から加減することによってＳＯＣを推定する手法である。また、ＯＣＶはＳＯＣと相関があるので、ＳＯＣを推定することによってＯＣＶを推定できる。制御部１２１は、推定したＳＯＣやＯＣＶの情報を、通信部１２４を通じて車両ＥＣＵ３０へ通知する。また、制御部１２１は、推定したＯＣＶが所定の上限値以上まで上昇した場合、又は所定の下限値まで低下した場合、蓄電デバイス１０における異常を検知したと判断し、充放電経路を遮断する制御指令をリレー１６へ出力する。
このリレー１６が故障して開かない場合、蓄電デバイス１０を異常から保護できない。このため、ＢＭＵ１２は、リレー１６を開閉して故障診断（リレー自己診断）を実施する。例えば、ＢＭＵ１２は、リレー１６を開いて電流センサ１３によって電流値を計測する。リレー１６が故障していなければ、リレー１６が開くので、電流センサ１３によって計測される電流値は０Ａ（ゼロアンペア）になるはずである。これに対し、リレー１６が故障している場合には、リレー１６が開かないので電流センサ１３によって計測される電流値は０Ａより大きくなる。ＢＭＵ１２の制御部１２１は、電流センサ１３によって計測された電流値が０Ａの場合はリレー１６が故障していないと判断し、０Ａより大きい場合はリレー１６が故障していると判断する。
ＢＭＵ１２の制御部１２１は、電流センサ１３が計測する電流値のキャリブレーションを実施する。暗電流が存在する場合、上述したリレー自己診断において誤診断が発生したり、ＳＯＣの推定精度が劣化したりする可能性がある。このため、ＢＭＵ１２の制御部１２１は、リレー１６を開いた状態において電流センサ１３によって電流値を計測し、このときの電流値が０Ａとなるように、電流センサ１３のキャリブレーションを実施する。
本実施の形態では、蓄電デバイス１０がＢＭＵ１２を内蔵する構成とした。代替的に、ＢＭＵ１２は蓄電デバイス１０の外部に設けられてもよい。
車両Ｃは例えば車両メーカによって開発・製造され、蓄電デバイス１０は例えば電池メーカによって開発・製造される。車両Ｃの仕様と、車両Ｃに組み込まれた蓄電デバイス１０の仕様とが適合していなかった場合、蓄電デバイス１０におけるリレー自己診断や電流キャリブレーションが正常に実施できない可能性がある。蓄電デバイス１０を車両Ｃに組み込み、車両全体を総合検証した時点において、上述のような不具合が見つかった場合、仕様を見直す必要が生じたり、車両Ｃに組み込む蓄電デバイス１０の種類を変更する必要が生じたりするので、早期に仕様の合意に達することができない。
本実施の形態では、車両Ｃとは独立したコンピュータ（開発支援装置１００：図３参照）において、蓄電デバイス１０を模擬するモデルと、車両Ｃを模擬するモデルとを用いたシミュレーションを実行し、蓄電デバイス１０と車両Ｃとの適合性を判定する。本実施の形態では、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定することによって、診断中又はキャリブレーション中の電力供給状態において、車両Ｃを駆動できるか否かを判断する。
図３は本実施の形態に係る開発支援装置１００の内部構成を説明するブロック図である。開発支援装置１００は、汎用又は専用のコンピュータであり、制御部１０１、記憶部１０２、通信部１０３、操作部１０４、表示部１０５等を備える。
制御部１０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成される。制御部１０１が備えるＣＰＵは、ＲＯＭまたは記憶部１０２に記憶されている各種コンピュータプログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより、装置全体を本願の判定装置として機能させる。
制御部１０１は、上記の構成に限定されるものではなく、複数のＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、マイコン、揮発性または不揮発性のメモリ等を備える任意の処理回路または演算回路であってもよい。また、制御部１０１は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。
記憶部１０２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等を用いた記憶装置を備える。記憶部１０２には、制御部１０１によって実行される各種コンピュータプログラム、及びコンピュータプログラムの実行に必要なデータ等が記憶される。記憶部１０２に記憶されるコンピュータプログラムは、蓄電デバイス１０を模擬するバッテリモデルＢＭと、車両Ｃを模擬する車両モデルＣＭとを用いたシミュレーションによって、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定する判定プログラムＰＧを含む。判定プログラムＰＧは単一のコンピュータプログラムであってもよく、複数のプログラムから構成されるプログラム群であってもよい。
記憶部１０２に記憶されるコンピュータプログラムは、例えば、当該コンピュータプログラムを読み取り可能に記録した非一時的な記録媒体Ｍにより提供される。記録媒体Ｍは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）カード、マイクロＳＤカード、コンパクトフラッシュ（登録商標）などの可搬型のメモリである。この場合、制御部１０１は、不図示の読取装置を用いて記録媒体Ｍからコンピュータプログラムを読み取り、読み取ったコンピュータプログラムを記憶部１０２にインストールすればよい。代替的に、記憶部１０２に記憶されるコンピュータプログラムは、通信部１０３を介した通信により提供されてもよい。この場合、制御部１０１は、通信部１０３を通じてコンピュータプログラムを取得し、取得したコンピュータプログラムを記憶部１０２にインストールすればよい。
記憶部１０２には、コンピュータプログラムの他に各種のデータが記憶される。例えば、記憶部１０２には、蓄電デバイス１０を模擬するバッテリモデルＢＭ、及び車両Ｃを模擬する車両モデルＣＭが記憶される。バッテリモデルＢＭは、蓄電素子１１やリレー１６の等価回路を含む。記憶部１０２は、等価回路の回路構成に関する情報や等価回路を構成する各素子の値などを記憶する。バッテリモデルＢＭは、更にＢＭＵ１２の動作を模擬するＢＭＵモデルを含む。本実施の形態において、ＢＭＵモデルは、リレー自己診断及び電流キャリブレーションのロジックを模擬できればよい。車両モデルＣＭは、車両Ｃの等価回路により表現される。記憶部１０２は、等価回路の回路構成に関する情報や等価回路を構成する各素子の値などを記憶する。
記憶部１０２は、蓄電デバイス１０を識別する識別子に関連付けて、当該蓄電デバイス１０の情報を記憶する電池テーブルＢＴを有していてもよい。電池テーブルＢＴに登録される電池情報は、例えば、正極及び負極の情報、電解液の情報、タブの情報などを含む。正極及び負極の情報とは、正極及び負極の活物質名、厚み、幅、奥行き、開回路電位などの情報である。電解液及びタブの情報とは、イオン種、輸率、拡散係数、導電率などの情報である。また、電池テーブルＢＴに登録される情報は、蓄電デバイス１０を構成する構成部品等の情報が含まれていてもよい。電池テーブルＢＴに記憶されている情報は、上述したシミュレーションを実行する際に、パラメータの一部として利用される。
通信部１０３は、図に示してない通信網を通じて外部装置と通信を行うための通信インタフェースを備える。外部装置は、例えば、ユーザが使用するコンピュータやスマートフォンなどの情報処理端末である。通信部１０３は、外部装置へ送信すべき情報が制御部１０１から入力された場合、入力された情報を外部装置へ送信する共に、通信網を通じて受信した外部装置からの情報を制御部１０１へ出力する。
通信部１０３は、車両ＥＣＵ３０や蓄電デバイス１０が備えるＢＭＵ１２と通信可能に構成されてもよい。制御部１０１は、通信部１０３を通じて、車両Ｃの走行状態に関する情報、蓄電デバイス１０にて計測される各種計測値などを取得し、取得した情報に基づきシミュレーションを実行してもよい。
操作部１０４は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力インタフェースを備えており、ユーザによる操作を受付ける。表示部１０５は、液晶ディスプレイ装置などを備えており、ユーザに対して報知すべき情報を表示する。なお、本実施の形態では、開発支援装置１００が操作部１０４及び表示部１０５を備える構成としたが、操作部１０４及び表示部１０５は必須ではなく、開発支援装置１００の外部に接続されたコンピュータを通じて操作を受付け、通知すべき情報を外部のコンピュータへ出力する構成であってもよい。
以下、シミュレーションモデルの構成について説明する。
図４は開発支援装置１００が用いるシミュレーションモデルの構成を示すブロック図である。開発支援装置１００は、車両Ｃを模擬する車両モデルＣＭと、蓄電デバイス１０を模擬するバッテリモデルＢＭとを用いたシミュレーションを実行することにより、車両システムの挙動を推定し、推定結果に基づきリレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定する。
本実施の形態では、車両Ｃの容量値と暗電流とが模擬できればよいので、車両モデルＣＭは、例えば、容量素子及び抵抗素子のＲＣ並列回路により記述される。このＲＣ並列回路における容量素子の値が車両Ｃの容量値を表し、抵抗素子に流れる電流が暗電流を表す。
バッテリモデルＢＭは、蓄電デバイス１０を模擬するモデルであり、蓄電素子１１を模擬する等価回路、及びＢＭＵ１２が実行するリレー自己診断や電流キャリブレーションのロジックを模擬する論理回路を含む。図５は蓄電素子１１を模擬する等価回路の一例を示す回路図である。蓄電素子１１の等価回路モデルは、例えば、抵抗素子Ｒ０、抵抗素子Ｒ１と容量素子Ｃ１とを並列に接続してなる第１ＲＣ並列回路、抵抗素子Ｒ２と容量素子Ｃ２とを並列に接続してなる第２ＲＣ並列回路、及び定電圧源Ｖ０によって記述される。
抵抗素子Ｒ０は、蓄電素子１１の直流抵抗成分（直流インピーダンス）を表す。蓄電素子１１の直流抵抗成分は、例えば蓄電素子１１における電極の抵抗に対応する。抵抗素子Ｒ０の抵抗値は放電電流、充電電圧、ＳＯＣ、温度などによって変化する値である。抵抗素子Ｒ０の抵抗値が定まれば、この等価回路モデルに電流Ｉ（ｔ）が流れたときに抵抗素子Ｒ０の両端に発生する電圧を計算できる。抵抗素子Ｒ０の両端に発生する電圧を直流抵抗電圧Ｖｄｃ（ｔ）とする。
２つのＲＣ並列回路は、蓄電デバイス１０の過渡的な分極特性を記述するための回路要素である。第１ＲＣ並列回路を構成する抵抗素子Ｒ１及び容量素子Ｃ１、並びに第２ＲＣ並列回路を構成する抵抗素子Ｒ２及び容量素子Ｃ２の各値は、蓄電デバイス１０のＳＯＣに応じて変動する値として与えられる。これらの値が決まれば、第１ＲＣ並列回路及び第２ＲＣ並列回路におけるインピーダンスが定まる。インピーダンスが定まれば、この等価回路モデルに電流Ｉ（ｔ）が流れたときに第１ＲＣ並列回路及び第２ＲＣ並列回路に発生する電圧（分極電圧Ｖｐ（ｔ））を計算できる。分極電圧Ｖｐ（ｔ）は、第１ＲＣ並列回路に発生する分極電圧Ｖｐ１（ｔ）と、第２ＲＣ並列回路に発生する分極電圧Ｖｐ２（ｔ）との合計電圧である。
ここで、第１ＲＣ並列回路における時定数をτ１とし、第２ＲＣ並列回路における時定数をτ２とする。時定数τ１は、第１ＲＣ並列回路を構成する抵抗素子Ｒ１の抵抗値と容量素子Ｃ１の容量値とを乗じた値として定められる。時定数τ１は、第１ＲＣ並列回路に発生する分極電圧Ｖｐ１（ｔ）の時間変化に反映される。同様に、時定数τ２は、第２ＲＣ並列回路を構成する抵抗素子Ｒ２の抵抗値と容量素子Ｃ２の容量値とを乗じた値として定められる。時定数τ２は、第２ＲＣ並列回路に発生する分極電圧Ｖｐ２（ｔ）の時間変化に反映される。時定数τ１，τ２を異ならせることにより、蓄電素子１１内で生じる様々な現象を表現することができる。
定電圧源Ｖ０は、直流電圧を出力する電圧源である。定電圧源Ｖ０が出力する電圧は、蓄電素子１１の開放電圧（ＯＣＶ）を表し、Ｖｏ（ｔ）と記載する。開放電圧Ｖｏ（ｔ）は、ＳＯＣ、温度などの関数として与えられる。
正極端子ＰＴと負極端子ＮＴとの間の端子電圧Ｖ（ｔ）は、直流抵抗電圧Ｖｄｃ（ｔ）、分極電圧Ｖｐ（ｔ）、及び開放電圧Ｖｏ（ｔ）を用いて、
Ｖ（ｔ）＝Ｖｄｃ（ｔ）＋Ｖｐ（ｔ）＋Ｖｏ（ｔ）
として与えられる。
蓄電素子１１の等価回路モデルを構成する各素子の値は、例えば実測の結果に基づき、電流やＳＯＣなどの関係を考慮して設定される。
開発支援装置１００の制御部１０１は、バッテリモデルＢＭと車両モデルＣＭとを用いたシミュレーションを実行し、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定して判定結果を出力する。例えば、車両モデルＣＭに設定される容量値及び暗電流値の大きさによっては、リレー自己診断に要する時間が長くなる場合やゼロ負荷（リレー１６が開いた状態）となる時間が短いために電流キャリブレーションが実施できない場合がある。制御部１０１は、リレー自己診断に要する時間やゼロ負荷となる時間をシミュレーションにより求める。制御部１０１は、求めた時間を予め設定した閾値と比較することによって、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判断する。
図６は開発支援装置１００が実行する処理の手順を示すフローチャートである。開発支援装置１００の制御部１０１は、車両Ｃを模擬する車両モデルＣＭと、車両Ｃに搭載される蓄電デバイス１０を模擬するバッテリモデルＢＭとを設定する（ステップＳ１０１）。このとき、車両モデルＣＭを構成する容量素子及び抵抗素子の各値、車両Ｃの暗電流値、蓄電素子１１の等価回路に含まれる各素子の値などが設定される。これらの値は、事前に設定されて記憶部１０２に記憶されていてもよく、シミュレーションを実行する際に操作部１０４を通じて受付けてもよい。
次いで、制御部１０１は、車両モデルＣＭとバッテリモデルＢＭとを用いたシミュレーションを実行し、車両システムの挙動を推定する（ステップＳ１０２）。
車両システムの挙動を推定する過程で、制御部１０１は、蓄電デバイス１０が備えるリレー１６の自己診断に要する時間を推定し（ステップＳ１０３）、推定した時間が第１閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。第１閾値は事前に設定され、記憶部１０２に記憶されていればよい。
制御部１０１は、推定した時間が第１閾値未満であると判断した場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、設定された時間内に診断が完了するので、リレー自己診断は成功と判定する（ステップＳ１０５）。一方、制御部１０１は、推定した時間が第１閾値以上であると判断した場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、設定された時間内に診断が完了しないので、リレー自己診断は失敗と判定する（ステップＳ１０６）。
制御部１０１は、判定結果に基づき、リレー自己診断の成否に係る情報を出力する（ステップＳ１０７）。リレー自己診断の成否に係る情報は、表示部１０５に表示されてもよく、通信部１０３を通じて外部に通知されてもよい。
また、車両システムの挙動を推定する過程で、制御部１０１は、蓄電デバイス１０がゼロ負荷となる時間を推定し（ステップＳ１０８）、推定した時間が第２閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。第２閾値は第１閾値とは無関係に事前に設定され、記憶部１０２に記憶されていればよい。
制御部１０１は、推定した時間が第２閾値以上であると判断した場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、ゼロ負荷時に流れる電流（暗電流）の計測が可能であるため、電流キャリブレーションは成功と判定する（ステップＳ１１０）。一方、推定した時間が第２閾値未満であると判断した場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ゼロ負荷時に流れる電流（暗電流）の計測が不能であるため、電流キャリブレーションは失敗と判定する（ステップＳ１１１）。
制御部１０１は、判定結果に基づき、電流キャリブレーションの成否に係る情報を出力する（ステップＳ１１２）。電流キャリブレーションの成否に係る情報は、表示部１０５に表示されてもよく、通信部１０３を通じて外部に通知されてもよい。
図６に示すフローチャートでは、便宜的に、リレー自己診断の成否を判定した後、電流キャリブレーションの成否を判定する手順とした。代替的に、制御部１０１は、電流キャリブレーションの成否を判定した後に、リレー自己診断の成否を判定してもよい。また、制御部１０１は、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの何れか一方を実施してもよい。
以上のように、本実施の形態では、蓄電デバイス１０を模擬するバッテリモデルＢＭと、車両Ｃを模擬する車両モデルＣＭとを用いたシミュレーションを実行することによって、車両システムの挙動を推定し、推定結果に基づき、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定する。よって、蓄電デバイス１０及び車両Ｃの実機又は試作品を用いた検証を実施する必要はなく、シミュレーションにより、リレー自己診断及び電流キャリブレーションの成否を判定できる。その結果、開発支援装置１００は、車両Ｃ及び車両Ｃに搭載される蓄電デバイス１０の仕様を製品開発の初期段階において決定できる。
今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって、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、上述した意味ではなく、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全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、本実施の形態では、通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチの例として、蓄電デバイス１０がリレー１６を備える構成について説明した。代替的に、スイッチは、ＦＥＴなどの半導体素子、ブレーカ、マグネットコンタクタなどであってもよい。また、本実施の形態では、接続先の状態に依存するセンサの一例として、蓄電デバイス１０が電流センサ１３を備える構成について説明した。代替的に、センサは、電圧センサ１４、温度センサ１５などであってもよい。
また、本実施の形態では、蓄電デバイス１０は車両用の電源であるとして説明した。車両は、四輪車に限らず、二輪車であってもよい。代替的に、電車であってもよく、ＡＧＶ、無人飛行体（ドローン）、航空機などの移動体であってもよい。蓄電デバイス１０は、車両駆動用の高電圧電源（数百Ｖ）や駆動以外の電源を供給する補機用電池（１２Ｖ又は２４Ｖ）であってもよく、エンジン始動用電池（１２Ｖ又は２４Ｖ）やマイルドハイブリッド用電池（４８Ｖ）であってもよい。車両の充電システムの一例としては、車両の減速時に回収される回生電力、屋根等に搭載されるソーラ発電、駐車して充電する１００Ｖ電源や２００Ｖの急速充電器、再使用された電池を組み込む蓄電システムなどが挙げられるが、これらに限定されない。代替的に、蓄電デバイス１０は、電子機器用の電源であってもよく、電力貯蔵用の電源であってもよい。これらの場合、開発支援装置１００は、電子機器又は電力貯蔵施設が備える充電システムと蓄電デバイスとの適合性を判定すればよい。
また、本実施の形態では、複数のリチウムイオン二次電池からなる蓄電素子１１の構成について説明した。代替的に、蓄電デバイス１０は、複数のセルが接続されたモジュール、複数のモジュールを接続したバンク、複数のバンクを接続したドメイン等であってもよい。また、リチウムイオン二次電池に代えて、全固体リチウムイオン電池、亜鉛空気電池、ナトリウムイオン電池、鉛電池などの任意の電池を採用してもよい。
１０ 蓄電デバイス
２０ 充電システム
２１ 充電ＥＣＵ
２２ オルタネータ
２３ 電動モータ
３０ 車両ＥＣＵ
１００ 開発支援装置
１０１ 制御部
１０２ 記憶部
１０３ 通信部
１０４ 操作部
１０５ 表示部
ＢＭ バッテリモデル
ＣＭ 車両モデル

Claims (11)

  1. コンピュータに、
    通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、
    前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する
    処理を実行させるためのコンピュータプログラム。
  2. 前記コンピュータに、
    前記シミュレーションによって、前記スイッチの自己診断に要する時間を推定し、
    推定した時間の長短に応じて、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する
    処理を実行させるための請求項１に記載のコンピュータプログラム。
  3. 前記コンピュータに、
    前記シミュレーションによって、推定した時間の長短に応じて前記スイッチの自己診断の成否を判定する
    処理を実行させるための請求項１又は請求項２に記載のコンピュータプログラム。
  4. コンピュータに、
    接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行し、
    前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する
    処理を実行させるためのコンピュータプログラム。
  5. 前記コンピュータに、
    前記シミュレーションによって、前記蓄電デバイスがゼロ負荷となる時間を推定し、
    推定した時間の長短に応じて、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する
    処理を実行させるための請求項４に記載のコンピュータプログラム。
  6. 前記コンピュータに、
    前記シミュレーションによって、推定した時間の長短に応じて前記センサの校正の成否を判定する
    処理を実行させるための請求項４又は請求項５に記載のコンピュータプログラム。
  7. 前記駆動体モデルは、前記駆動体を容量素子及び抵抗素子の並列回路により記述してある
    請求項１から請求項６の何れか１つに記載のコンピュータプログラム。
  8. 通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行する実行部と、
    前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する判定部と
    を備える判定装置。
  9. 接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行する実行部と、
    前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する判定部と
    を備える判定装置。
  10. コンピュータを用いて、
    通電状態と非通電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記スイッチの自己診断機能を有する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記スイッチの自己診断に関するシミュレーションを実行し、
    前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する
    判定方法。
  11. コンピュータを用いて、
    接続先の状態に依存するセンサを備え、前記センサの校正機能を備えた蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスから供給される電力によって駆動する駆動体とを含むシステムについて、前記蓄電デバイスを模擬するバッテリモデルと、前記駆動体を模擬する駆動体モデルとを用いて、前記センサの校正に関するシミュレーションを実行し、
    前記シミュレーションの実行結果に基づき、前記蓄電デバイスと前記駆動体との適合性を判定する
    判定方法。
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