JP2024077382A - 満充電容量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システムのバックアップ給電に必要な蓄電率を保持しつつサブバッテリの満充電容量を測定することが可能な満充電容量測定装置を提供する。【解決手段】自動運転システムに電力を供給するメインバッテリのバックアップ用に設けられたサブバッテリの満充電容量を測定する満充電容量測定装置であって、サブバッテリの温度を取得する取得部と、サブバッテリの現在温度が、自動運転システムが動作可能な下限温度未満であるか否かを判定する判定部と、現在温度が下限温度未満である場合、サブバッテリの満充電容量の測定制御を行う測定制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、バッテリの満充電容量を測定する装置に関する。

特許文献１に、車両の始動スイッチがオンされてからオフされるまでの１トリップ中におけるバッテリの充放電量に基づいて、バッテリの満充電容量を算出する満充電容量算出装置が開示されている。

特開２０１５－０８３９２８号公報

メインバッテリのバックアップ用に設けられるサブバッテリは、メインバッテリの失陥時に備えて蓄電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を常に高く保持しておく必要がある。このため、蓄電率を所定の低い蓄電率（低ＳＯＣ）まで一旦放電し、その後に所定の高い蓄電率（高ＳＯＣ）になるまで再度充電することによる満充電容量の測定手法を、サブバッテリに安易に適用することはできない。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、システムのバックアップ給電に必要な蓄電率を保持しつつ、サブバッテリの満充電容量を測定することが可能な、満充電容量測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、自動運転システムに電力を供給するメインバッテリのバックアップ用に設けられたサブバッテリの満充電容量を測定する満充電容量測定装置であって、サブバッテリの温度を取得する取得部と、サブバッテリの現在温度が、自動運転システムが動作可能な下限温度未満であるか否かを判定する判定部と、現在温度が下限温度未満である場合、サブバッテリの満充電容量の測定制御を行う測定制御部と、を備える、満充電容量測定装置である。

上記本開示の満充電容量測定装置によれば、自動運転システムが動作しないバッテリの温度が低い時に限りサブバッテリの満充電容量の測定制御を行うため、自動運転システム以外のシステムのバックアップ給電に必要な蓄電率を保持しつつ、サブバッテリの満充電容量を測定することができる。

本開示の一実施形態に係る満充電容量測定装置を含む電源システムとその周辺部の機能ブロック図 満充電容量測定装置が行うサブバッテリの満充電容量測定制御の処理フローチャート 満充電容量測定装置が行うサブバッテリの満充電容量測定制御の処理フローチャート 満充電容量測定装置が行うサブバッテリの満充電容量測定制御の処理フローチャート

本開示の満充電容量測定装置は、自動運転システムに対するバックアップ給電が発生しない自動運転システムが動作しないサブバッテリの低温時に、サブバッテリの満充電容量の測定制御を行う。これにより、システムのバックアップ給電に必要な蓄電率を保持と、サブバッテリの満充電容量の測定とを、両立させることができる。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る満充電容量測定装置５００を含む電源システム１０とその周辺部の機能ブロック図である。図１に例示した電源システム１０は、メインバッテリ１００と、ＤＣＤＣコンバーター２００と、サブバッテリ３００と、満充電容量測定装置５００と、を備えている。この図１においては、電力が流れる接続線を実線で示し、検出信号や制御信号などが流れる接続線を点線で示している。

図１に示す電源システム１０は、自動運転システムを実装した車両などに搭載される。以下の実施形態では、電源システム１０が、動力源として電動モーターを使用するハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、および電気自動車（ＢＥＶ）などの車両に搭載された場合を一例に挙げて、本実施形態に係る満充電容量測定装置５００の制御を説明する。

メインバッテリ１００は、充放電可能に構成された二次電池であり、例えば鉛蓄電池である。メインバッテリ１００は、ＤＣＤＣコンバーター２００に接続されており、自らが蓄えている電力を、ＤＣＤＣコンバーター２００を介してサブバッテリ３００、第１車載負荷４１０、および第２車載負荷４２０に供給する。このメインバッテリ１００は、電源失陥などの異常が生じていない通常時において、第１車載負荷４１０および第２車載負荷４２０に対して電力供給を行う主バッテリとして機能する。

ＤＣＤＣコンバーター２００は、メインバッテリ１００と、サブバッテリ３００、第１車載負荷４１０、および第２車載負荷４２０とを接続し、メインバッテリ１００の電力をサブバッテリ３００、第１車載負荷４１０、および第２車載負荷４２０に供給するための電力変換器である。電力供給の際、ＤＣＤＣコンバーター２００は、入力電圧であるメインバッテリ１００の電圧を所定の電圧に変換して出力することができる。

サブバッテリ３００は、充放電可能に構成された二次電池であり、例えばリン酸鉄系リチウムイオン電池（ＬＦＰ電池）である。サブバッテリ３００は、ＤＣＤＣコンバーター２００、第１車載負荷４１０、および第２車載負荷４２０に接続されており、自らが蓄えている電力を第１車載負荷４１０および第２車載負荷４２０に供給したり、ＤＣＤＣコンバーター２００を介してメインバッテリ１００から出力される電力を充電したりする。このサブバッテリ３００は、メインバッテリ１００が失陥するなどの異常が生じた緊急時において、第１車載負荷４１０および第２車載負荷４２０に対して電力をバックアップ供給する副バッテリとして機能する。

第１車載負荷４１０および第２車載負荷４２０は、車両に搭載された電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）やシステムなどの構成である。本実施形態における第１車載負荷４１０は、車両が自動運転を実行している場面においてのみ冗長的な電源を必要とする負荷である。この第１車載負荷４１０としては、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）および先進運転支援（ＡＤＡＳ）などのＥＣＵやシステムを例示できる。本実施形態における第２車載負荷４２０は、車両が自動運転を実行している場面のみならず、ドライバーによる手動運転が行われている場面においても冗長的な電源を必要とする負荷である。この第２車載負荷４２０としては、シフトバイワイヤ（ＳＢＷ）および電動ブレーキ（ＥＢＫ）などのＥＣＵやシステムを例示できる。なお、車両には、図１に例示した第１車載負荷４１０および第２車載負荷４２０だけでなく、冗長的な電源を必要としない負荷などが搭載され得る。

満充電容量測定装置５００は、サブバッテリ３００の満充電容量を測定するための構成である。この満充電容量測定装置５００は、取得部５１０と、判定部５２０と、演算部５３０と、測定制御部５４０と、を備えている。

取得部５１０は、サブバッテリ３００の温度を取得する。サブバッテリ３００の温度は、例えばサブバッテリ３００に設けられる温度センサーなどの検出素子（図示せず）を介して取得することができる。

判定部５２０は、取得部５１０によって取得されるサブバッテリ３００の現在の温度と、車両に搭載された自動運転システムが動作可能な下限の温度とを比較して、現在の温度が下限の温度よりも低いか否かを判定する。この下限の温度は、自動運転システムが自動運転機能を実行させる際にサブバッテリ３００に要求される最低の温度であり、予め規定されている。

演算部５３０は、サブバッテリ３００に関する様々な値を演算する。具体的には、演算部５３０は、サブバッテリ３００の現在の温度と、自動運転システムが動作可能な下限の温度との、温度差を算出する。また、演算部５３０は、サブバッテリ３００の現在の温度に基づいて、現在の温度においてサブバッテリ３００が出力することが可能な充放電値を算出する。また、演算部５３０は、現在の温度においてサブバッテリ３００が出力することが可能な充放電値に基づいて、測定制御部５４０によるサブバッテリ３００の満充電容量測定処理の完了までに掛かる時間（推定値）を算出する。また、演算部５３０は、サブバッテリ３００の現在の温度と自動運転システムが動作可能な下限の温度との温度差および現在の温度においてサブバッテリ３００が出力することが可能な充放電値に基づいて、サブバッテリ３００の温度が自動運転システムが動作可能な下限の温度に上昇するまでに掛かる時間（推定値）を算出する。

測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の満充電容量測定処理を制御するための構成である。この測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の現在の温度が、自動運転システムが動作することがない低い温度であれば、サブバッテリ３００の満充電容量の測定を実施する。サブバッテリ３００の満充電容量の測定には、蓄電率を所定の低ＳＯＣまで一旦放電し、その後に所定の高ＳＯＣになるまで再度充電することによって得られる情報に基づいて測定や推定を行う、周知の技術を用いることができる。

なお、上述した満充電容量測定装置５００の一部または全部は、典型的には、プロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスなどを含んだ電子制御ユニットとして構成され得る。電子制御ユニットは、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、取得部５１０、判定部５２０、演算部５３０、および測定制御部５４０によって行われる全部または一部の機能を実現する。

［制御］
次に、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃをさらに参照して、本開示の一実施形態に係る満充電容量測定装置５００が行う制御を説明する。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、満充電容量測定装置５００が実行するサブバッテリ３００の満充電容量測定制御の処理手順を示すフローチャートである。図２Ａの処理と、図２Ｂの処理と、図２Ｃの処理とは、結合子Ｘ、Ｙ、およびＺでそれぞれ結ばれる。このサブバッテリ３００の満充電容量測定制御は、例えば、満充電容量測定装置５００に対してサブバッテリ３００の満充電容量の測定が要求されることによって開始される。

（ステップＳ２０１）
満充電容量測定装置５００の判定部５２０は、取得部５１０が取得するサブバッテリ３００の現在温度Ｔ１［℃］が、予め規定された自動運転システムが動作可能な下限温度Ｔ２［℃］よりも低いか否かを判断する。この判断によって、自動運転に対するバックアップ電力をサブバッテリ３００が準備しておく必要があるか否かを把握することができる。

判定部５２０が、現在温度Ｔ１が下限温度Ｔ２未満である（Ｔ１＜Ｔ２）と判断した場合は（ステップＳ２０１、はい）、ステップＳ２０２に処理が進む。一方、判定部５２０が、現在温度Ｔ１が下限温度Ｔ２以上である（Ｔ１≧Ｔ２）と判断した場合には（ステップＳ２０１、いいえ）、サブバッテリ３００の蓄電率を低下させることができないため、本サブバッテリ３００の満充電容量測定制御が終了する。

（ステップＳ２０２）
満充電容量測定装置５００の演算部５３０は、サブバッテリ３００の現在温度Ｔ１と自動運転システムが動作可能な下限温度Ｔ２との差分である、温度差ΔＴ［℃］を算出する（ΔＴ＝Ｔ２－Ｔ１）。演算部５３０によって現在温度Ｔ１と下限温度Ｔ２との温度差ΔＴが算出されると、ステップＳ２０３に処理が進む。

（ステップＳ２０３）
満充電容量測定装置５００の演算部５３０は、現在温度Ｔ１のサブバッテリ３００が出力可能な充放電値を算出する。このサブバッテリ３００が出力可能な充放電値とは、サブバッテリ３００からＤＣＤＣコンバーター２００を介してメインバッテリ１００に出力する電力（サブバッテリ３００から第１車載負荷４１０および第２車載負荷４２０に出力する電力を含んでもよい）である放電値と、メインバッテリ１００からＤＣＤＣコンバーター２００を介してサブバッテリ３００が入力する電力である充電値と、を合算した値である。演算部５３０によって現在温度Ｔ１のサブバッテリ３００が出力可能な充放電値が算出されると、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０４）
満充電容量測定装置５００の演算部５３０は、現在温度Ｔ１のサブバッテリ３００が出力可能な充放電値に基づいて、サブバッテリ３００の満充電容量の測定処理が完了するまでに掛かると推定される時間である、第１推定時間ｔ１［秒］を算出する。この第１推定時間ｔ１には、上記算出した放電値でサブバッテリ３００を現在の蓄電率（現ＳＯＣ）から所定の低い蓄電率（低ＳＯＣ）まで放電する時間と、上記算出した充電値でサブバッテリ３００を低ＳＯＣから所定の高い蓄電率（高ＳＯＣ）まで充電する時間とが、少なくとも含まれる。演算部５３０によってサブバッテリ３００の満充電容量測定処理が完了するまでの第１推定時間ｔ１が算出されると、ステップＳ２０５に処理が進む。

（ステップＳ２０５）
満充電容量測定装置５００の演算部５３０は、サブバッテリ３００の満充電容量の測定処理に伴うサブバッテリ３００の発熱によって、サブバッテリ３００の温度が現在温度Ｔ１から下限温度Ｔ２まで上昇するのに掛かると推定される時間である、第２推定時間ｔ２［秒］を算出する。演算部５３０によってサブバッテリ３００の温度が現在温度Ｔ１から下限温度Ｔ２まで上昇するまでの第２推定時間ｔ２が算出されると、ステップＳ２０６に処理が進む。

（ステップＳ２０６）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、演算部５３０が演算した、サブバッテリ３００の満充電容量の測定処理が完了するまでの第１推定時間ｔ１が、サブバッテリ３００の温度が現在温度Ｔ１から下限温度Ｔ２まで上昇するのに掛かる第２推定時間ｔ２よりも短いか否かを判断する。この判断によって、満充電容量測定処理の途中で自動運転が動作する可能性があるか否かを把握することができる。

測定制御部５４０が、第１推定時間ｔ１が第２推定時間ｔ２よりも短い（ｔ１＜ｔ２）と判断した場合は（ステップＳ２０６、はい）、ステップＳ２０７に処理が進む。一方、測定制御部５４０が、第１推定時間ｔ１が第２推定時間ｔ２よりも長い（ｔ１≧ｔ２）と判断した場合には（ステップＳ２０６、いいえ）、サブバッテリ３００の蓄電率を低下させることができないため、本サブバッテリ３００の満充電容量測定制御が終了する。

（ステップＳ２０７）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の電力を放出して蓄電率を低下させる放電処理を開始する。この放電処理は、サブバッテリ３００からメインバッテリ１００への電力移送によって実施されることが望ましい。測定制御部５４０によってサブバッテリ３００の放電処理が開始されると、ステップＳ２０８に処理が進む。

（ステップＳ２０８）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の満充電容量の測定処理が完了するまでの第１推定時間ｔ１が、サブバッテリ３００の温度が現在温度Ｔ１から下限温度Ｔ２まで上昇するのに掛かる第２推定時間ｔ２よりも短いか否かを再び判断する。

測定制御部５４０が、第１推定時間ｔ１が第２推定時間ｔ２よりも短い（ｔ１＜ｔ２）と判断した場合は（ステップＳ２０８、はい）、ステップＳ２０９に処理が進む。一方、測定制御部５４０が、第１推定時間ｔ１が第２推定時間ｔ２よりも長い（ｔ１≧ｔ２）と判断した場合には（ステップＳ２０８、いいえ）、ステップＳ２１３に処理が進む。

（ステップＳ２０９）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の蓄電率が所定の低い蓄電率（低ＳＯＣ）まで減少したか否かを判断する。この低ＳＯＣは、サブバッテリ３００の性能や容量などに応じて予め定めることができる。

測定制御部５４０が、サブバッテリ３００の蓄電率が低ＳＯＣまで減少したと判断した場合は（ステップＳ２０９、はい）、ステップＳ２１０に処理が進む。一方、測定制御部５４０が、サブバッテリ３００の蓄電率が低ＳＯＣまでまだ減少していないと判断した場合には（ステップＳ２０９、いいえ）、ステップＳ２０８に処理が進む。

（ステップＳ２１０）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の電力を放出して蓄電率を低下させる放電処理を終了し、サブバッテリ３００に電力を供給して蓄電率を増加させる充電処理を開始する。この充電処理は、典型的には、メインバッテリ１００からサブバッテリ３００への電力移送によって実施される。測定制御部５４０によってサブバッテリ３００の放電処理が終了されてサブバッテリ３００の充電処理が開始されると、ステップＳ２１１に処理が進む。

（ステップＳ２１１）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の満充電容量の測定処理が完了するまでの第１推定時間ｔ１が、サブバッテリ３００の温度が現在温度Ｔ１から下限温度Ｔ２まで上昇するのに掛かる第２推定時間ｔ２よりも短いか否かを再び判断する。

測定制御部５４０が、第１推定時間ｔ１が第２推定時間ｔ２よりも短い（ｔ１＜ｔ２）と判断した場合は（ステップＳ２１１、はい）、ステップＳ２１２に処理が進む。一方、測定制御部５４０が、第１推定時間ｔ１が第２推定時間ｔ２よりも長い（ｔ１≧ｔ２）と判断した場合には（ステップＳ２１１、いいえ）、ステップＳ２１３に処理が進む。

（ステップＳ２１２）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の蓄電率が所定の高い蓄電率（高ＳＯＣ）まで増加したか否かを判断する。この高ＳＯＣは、サブバッテリ３００の性能や容量などに応じて予め定めることができる。

測定制御部５４０が、サブバッテリ３００の蓄電率が高ＳＯＣまで増加したと判断した場合は（ステップＳ２１２、はい）、ステップＳ２１３に処理が進む。一方、測定制御部５４０が、サブバッテリ３００の蓄電率が高ＳＯＣまでまだ増加していないと判断した場合には（ステップＳ２１２、いいえ）、ステップＳ２１１に処理が進む。

（ステップＳ２１３）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、実施中であるサブバッテリ３００の放電処理またはサブバッテリ３００の充電処理を中止する。これにより、本サブバッテリ３００の満充電容量測定制御が終了する。

（ステップＳ２１４）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００に電力を供給して蓄電率を増加させる充電処理を終了する。測定制御部５４０によってサブバッテリ３００の充電処理が終了されると、ステップＳ２１５に処理が進む。

（ステップＳ２１５）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の放電処理および充電処理によって得られたデータに基づいて、サブバッテリ３００の満充電容量を演算する。具体的には、サブバッテリ３００の満充電容量ＦＣＣ［Ａｈ］は、開回路電圧Ｖ１から開回路電圧Ｖ２までの間に充電量Ｃ［Ａｈ］の充電を行った場合（Ｖ１＜Ｖ２）に、開回路電圧Ｖ１から算出される蓄電率ＳＯＣ＿Ｖ１［％］と、開回路電圧Ｖ２から算出される蓄電率ＳＯＣ＿Ｖ２［％］とに基づいて、次の式によって導出することができる。測定制御部５４０によってサブバッテリ３００の満充電容量が演算されると、ステップＳ２１６に処理が進む。
ＦＣＣ＝Ｃ×１００／（ＳＯＣ＿Ｖ２－ＳＯＣ＿Ｖ１）

（ステップＳ２１６）
満充電容量測定装置５００の判定部５２０は、サブバッテリ３００の現在温度Ｔ１が、自動運転システムが動作可能な下限温度Ｔ２以上であるか否かを判断する。この判断によって、自動運転に対するバックアップ電力をサブバッテリ３００が準備できているか否かを把握することができる。

判定部５２０が、現在温度Ｔ１が下限温度Ｔ２未満である（Ｔ１＜Ｔ２）と判断した場合は（ステップＳ２１６、いいえ）、ステップＳ２１７に処理が進む。一方、判定部５２０が、現在温度Ｔ１が下限温度Ｔ２以上である（Ｔ１≧Ｔ２）と判断した場合には（ステップＳ２１６、はい）、サブバッテリ３００が自動運転に対するバックアップ電力の出力が可能な状態になったと判定されて、本サブバッテリ３００の満充電容量測定制御が終了する。

（ステップＳ２１７）
満充電容量測定装置５００の測定制御部５４０は、サブバッテリ３００の温度上昇処理を実施する。この温度上昇処理とは、例えば、サブバッテリ３００の蓄電率を高ＳＯＣ近傍に維持した状態でサブバッテリ３００の放電処理や充電処理を行ってサブバッテリ３００を発熱させることによって、サブバッテリ３００の温度を上昇させる処理である。測定制御部５４０によってサブバッテリ３００の温度上昇処理が実施されると、ステップＳ２１６に処理が進む。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係る満充電容量測定装置５００によれば、自動運転システムを含む負荷（第１車載負荷４１０、第２車載負荷４２０）に電力を供給するメインバッテリ１００のバックアップ用に設けられたサブバッテリ３００については、サブバッテリ３００の温度が自動運転システムの作動が生じない低温である時に満充電容量の測定制御を行う。

このような制御によって、自動運転システム以外のシステムのバックアップ給電に必要な蓄電率を保持しつつ、サブバッテリ３００の満充電容量を測定することができる。

以上、本開示の一実施形態を説明したが、本開示は、上述した満充電容量測定装置だけでなく、プロセッサとメモリを備えた満充電容量測定装置が実行する制御方法、その制御方法の制御プログラム、その制御プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記録媒体、あるいは満充電容量測定装置を搭載した車両など、として捉えることが可能である。

本開示の満充電容量測定装置は、バッテリの満充電容量を測定する場合などに利用可能である。

１０ 電源システム
１００ メインバッテリ
２００ ＤＣＤＣコンバーター
３００ サブバッテリ
４１０ 第１車載負荷
４２０ 第２車載負荷
５００ 満充電容量測定装置
５１０ 取得部
５２０ 判定部
５３０ 演算部
５４０ 測定制御部

Claims (4)

1. 自動運転システムに電力を供給するメインバッテリのバックアップ用に設けられたサブバッテリの満充電容量を測定する満充電容量測定装置であって、
   前記サブバッテリの温度を取得する取得部と、
   前記サブバッテリの現在温度が、前記自動運転システムが動作可能な下限温度未満であるか否かを判定する判定部と、
   前記現在温度が前記下限温度未満である場合、前記サブバッテリの前記満充電容量の測定制御を行う測定制御部と、を備える、
   満充電容量測定装置。
2. 前記現在温度の前記サブバッテリが出力可能な充放電値によって前記サブバッテリの前記満充電容量の測定が完了するまでに掛かる第１推定時間と、前記満充電容量の測定制御の実施によって前記サブバッテリの温度が前記現在温度から前記下限温度へ上昇するまでに掛かる第２推定時間とを、演算する演算部をさらに備え、
   前記測定制御部は、前記第１推定時間が前記第２推定時間未満である場合に、前記サブバッテリの前記満充電容量の測定処理を実行する、
   請求項１に記載の満充電容量測定装置。
3. 前記測定制御部は、前記サブバッテリの前記満充電容量の測定処理中に前記サブバッテリの温度が前記下限温度に到達した場合、前記満充電容量の測定処理を中止して前記サブバッテリが所定の蓄電率になるまで充電を行う、
   請求項１または２に記載の満充電容量測定装置。
4. 前記測定制御部は、前記サブバッテリの前記満充電容量の測定が完了した後、前記サブバッテリの温度が前記下限温度に到達するまで充電を行う、
   請求項１または２に記載の満充電容量測定装置。

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