JP5759562B2 - 自動車の電源システムを制御する方法、及び当該方法に適合される電源システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのバッテリと、該バッテリの充電状態を監視するように適合されたバッテリ管理ユニットとを備える自動車の電源システムを制御する方法に関する。本発明は更に、このような方法に適合される電源システムに関する。

一般に、自動車には１つ又は複数のバッテリが備えられている。車両を一定期間未使用のままにしておくと、様々な理由からバッテリが消耗する。第１に、車両は電源オフ状態の場合でも、通常、バッテリに接続され、バッテリから少量の電流を引き出す複数の電気又は電子機器がある。例えば、車両に遠隔操作のキーレスドアロックシステムが搭載されている場合は、このシステムの電子制御ユニットは、認可されたユーザーが車両に立ち入ろうとしていることを検知できるように、システムを制御するアクティブ状態を保つ必要がある。更に、車両が比較的長期間にわたって使用されない場合、バッテリは自己放電することがある。いずれの場合も、ユーザーが使用したいときに車両が動かなくなる結果となり得る。その上、このような期間が長く続きすぎると、バッテリは大幅に消耗する結果になり、このような放電がバッテリを損傷し、充電及び放電の能力の劣化を招く。会社が複数台の車両を所有している場合、バッテリの劣化により数台の車両が動かなくなり、複数のバッテリを交換する必要が生じ得る。それには、比較的高いメンテナンスコストと財政上の損失を伴う。

この問題は、牽引目的に必要な電力を供給する高電圧バッテリと、通常は車載電子システム、及び車内灯やウィンドウワイパ等の低電圧の車載電気系統に給電する低電圧バッテリとを備えるハイブリッド車の領域では特に重要である。高電圧バッテリが損傷するリスクを制限するために、例えば特許文献１から、低電圧バッテリの低充電状態を検知し、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータを使用して高電圧バッテリから低電圧バッテリへと電力を伝送することによって、低電圧バッテリを再充電することが知られている。

このようなシステムはバッテリの損傷を防止するのではなく、時間外に誰かが車両を使用するか、又は少なくともメンテナンスを行うことを期待して、損傷をある程度の時間だけ遅らせることができるだけである。このようなシステムでは、低電圧バッテリの充電レベルが低くなりすぎて適切に動作しなくなる状態になる前に、適時に、例えばメンテナンス作業を行うことができない。

特開２００７−１６１０００号公報

本発明の目的は、損傷が重大になる前に、例えばシステム又は人員がメンテナンス作業を行うか、又は別の活動を行うことができるように、車両のバッテリが損傷しそうであることを遠隔システム又は人員に通知できる、自動車の電源システムを制御する新規の方法を提供することにある。

この目的のために、本発明は、少なくとも１つのバッテリと、該バッテリの充電状態を監視するように適合された関連するバッテリ管理ユニットとを備える、自動車の電源システムを制御する方法に関する。この方法は、以下のステップ、即ち、
ａ）車両の電源オフ状態中に、関連するバッテリ管理ユニットによってバッテリ又は各々のバッテリの充電レベル状態を監視するステップと、
ｂ）ステップａ）で監視された充電状態が低充電状態の閾値に達すると、充電レベルが限界状態にあるアラームを発するように適合された車載通信デバイスの起動を、車外受信デバイスで受信するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によって、車両のバッテリが限界の充電レベル状態に近づき、バッテリに損傷が生じる可能性があることを示すと、電源システムの通信デバイスが起動してアラーム信号を送る。このアラームによって、システム、又は例えば車両の所有者等の人員に対して、車両がこれ以上の期間にわたって電源オフ状態のままになり、バッテリを再充電するための措置が何も講じられない場合、車両のバッテリが損傷することがある旨をシステム又は人員に警告することができる。

有利であるが必須ではない本発明の別の態様によれば、このような方法は以下の特徴の１つ又は複数を組み込んでもよい。
−ステップａ）で、車両の高電圧バッテリと低電圧バッテリのそれぞれの充電状態を監視する一方で、本方法は、
ｃ）高電圧バッテリをサービスバッテリに電気的に接続するコンバータを起動する更なるステップを含み、
−本方法は、
ｄ）ステップａ）で、高電圧バッテリと低電圧バッテリのいずれかの充電状態が低閾値に達したと判定されると、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してそのバッテリを別のバッテリによって再充電する更なるステップを含み、
−ステップｄ）は、例えばこのような再充電を許可又は禁止する車外通信デバイスから車載通信デバイスが受信した再充電命令を条件として実行され、
−車載通信デバイスは遠隔無線通信プロトコルを実装する。

本発明は更に、少なくとも１つのバッテリと、該バッテリの充電状態を監視するように適合された関連するバッテリ管理ユニットとを備える、自動車の電源システムにも関する。この電源システムは、車両が電源オフ状態にあるときに、バッテリ又は各々のバッテリに関連するバッテリ管理ユニットが前記バッテリの充電状態を監視するように適合されると共に、バッテリ又は各々のバッテリに関連するバッテリ管理ユニットによって監視される充電状態が低閾値に達すると、バッテリ管理ユニットが充電状態限界アラームを発信し、これを車外通信デバイスが受信するようにする手段を備えることを特徴とする。

有利であるが必須ではない本発明の別の態様によれば、このようなシステムは以下の特徴の１つ又は複数を組み込んでもよい。
−電源システムは高電圧バッテリと低電圧バッテリとを備え、高電圧バッテリの充電状態が低閾値に達すると、低電圧バッテリで高電圧バッテリを充電するか、又は低電圧バッテリの充電状態が低閾値に達すると、高電圧バッテリで低電圧バッテリを充電する手段を備え、
−高電圧バッテリ又は低電圧バッテリを充電する手段がＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
−ＤＣ／ＤＣコンバータが、高電圧バッテリと低電圧バッテリとに関連するそれぞれのバッテリ管理ユニット（１つ又は複数）と通信するように適合された専用の制御ユニットを備え、
−充電状態限界アラームを発信する手段が、車外サーバーにアラームを送信するように適合された通信デバイスからなり、
−通信デバイスが、サーバーからの命令を受信するように適合され、
−通信デバイスは、例えばＧＰＲＳ通信プロトコルを使用した無線デバイスである。

これより、本発明の対象を限定することなく、添付図面に関連して、本発明を実施例として説明する。

本発明の第１の実施形態による電源システムの概略図である。 本発明の第２の実施形態による電源システムの概略図である。

図１に示す本発明の第１の実施形態によれば、自動車Ｖには、例えば２４Ｖの定格電圧を有し得る低電圧サービスバッテリ１０からなる電源システムＰが搭載される。サービスバッテリ１０は、例えばライト、ワイパ、又は車両のその他の電装品が接続される車載配電網（図示せず）に接続される。車両の通常運転では、サービスバッテリ１０は、車両Ｖの内燃エンジン（図示せず）によってオルタネータを介して再充電される。車両の電源オフ期間中、サービスバッテリ１０は放電することがある。

サービスバッテリ１０の充電状態を監視するように適合されたバッテリ管理ユニット（ＢＭＵ）１０１がサービスバッテリに１０に関連付けられている。

ＢＭＵ１０１は、基本的に、サービスバッテリ１０から発し、ゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０にも電流を供給する通信給電網Ｎ１を介してサービスバッテリ１０により恒久的に電流が送られる、電子制御ユニットである。ゲートウェイ２０は、通信網Ｎ２に属するデータ線又はデータバスＬ１で送信される電気信号によってＢＭＵ１０１と通信するように適合されている。ゲートウェイ２０は、通信網Ｎ２に属するデータ線Ｌ２で送信される電子信号によりテレマティックゲートウェイ３０と通信するように適合されている。ゲートウェイ２０は、任意選択であり、通信網Ｎ２の第１の部分と通信網Ｎ２の第２の部分との間で電子信号を伝送可能なコンポーネントであってもよい。

テレマティックゲートウェイ３０は、直接到達することも可能であるが、多くの場合、例えば電話回線網、データ回線網、及び／又はインターネットを介して、直接的に（但し、大抵の場合は間接的に）到達可能な通信サーバー１００等の車外通信デバイスに、車両からアンテナ３２を介して通信信号を送信するように適合された遠隔通信デバイス、好ましくは無線通信デバイスである。通信サーバー１００は、例えば修理工場又は商用車の保有車両管理センターに設置することができる。サーバー１００は好ましくは、信号を直接又は間接的にコンピュータ２００又は携帯電話３００等のデバイスに信号を送信し、信号をコンピュータ２００から及び携帯電話３００から受信し、且つこれらの信号をテレマティックゲートウェイ３０に送信するように適合されている。これらの信号は、アラーム、動作命令、技術データ、又はその他のコンテンツからなるものであってよい。

任意の特徴によれば、ゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０は、電気信号Ｓ１２を用いてＢＭＵ１０１によって制御されるスイッチ１２を用いて、ネットワークＮ１に接続又はネットワークＮ１から切断される。

本発明の方法は以下のように実施される。即ち、車両が例えばスイッチキーをオフにしてガレージに駐車している期間に対応し得る車両の電源オフ状態の期間中に、サービスバッテリ１０の充電状態がＢＭＵ１０１によって常に監視される。ゲートウェイ２０とテレマティックゲートウェイ３０の動作停止中もＢＭＵ１０１は、サービスバッテリ１０の充電状態を測定するために依然として作動している。車両の電源オフ状態は車両のタイプに依存し、特に電気／電子構造の設計に依存する。いずれの場合も、電源オフ状態は車両が駐車している場合、及び厳密には最小限の電気／電子コンポーネントだけが作動して、それらの機能の少なくとも一部を実行するためにバッテリからある程度の電流を引き出す場合の車両の状態であるとみなすことができる。複雑な構成の現在の車両では、通常は車両が駐車し、場合によってはロックされた後、及び車両システムの動作が検知されなくなった数分後又は数十分後に、車両はようやく電源オフ状態に達する。なお、通常の電源オフ状態と、例えばバッテリの充電状態が低閾値に達すると起動される限界オフ状態とを有する車両もある。

サービスバッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）が、例えばバッテリ１０の定格充電状態の３０〜５０％であり得る低閾値に達すると、ＢＭＵ１０１は通信網Ｎ２で充電レベル信号Ｓｃ１０の臨界状態を生成し、それによってゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０等の車両の別のコンポーネントが起動される。一実施例では、このようなコンポーネントは、機能を実行しないいわゆるスリープモードから別のコンポーネントと相互作用可能ないわゆるアクティブモードへと移行する。このような起動は、サービスバッテリ１０をゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０に接続するようにＢＭＵ１０１によって制御されるスイッチ１２によって生じるものであっても、スイッチ１２に依存するものであってもよい。

ゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０が起動すると、サービスバッテリ１０が限界レベルまで放電されたことを警告するために、テレマティックゲートウェイ３０から車外サーバー１００への充電レベル限界アラームＡｃ１０の発信が可能である。このアラームは、サービスバッテリ１０の充電状態ＳＯＣが限界レベルに達し、介入が必要であることを警報するメッセージの形態で発信可能である。サーバー１００はこのアラームを、例えば車両所有者のラップトップ２００又は携帯電話３００に送信してもよい。アラームは、例えば特定の車両が、例えば車両の使用スケジュール又はメンテナンススケジュールが優先されるように、所有車両管理システム又は修理工場管理システムに転送可能である。サーバー１００とテレマティックゲートウェイ３０との間の通信は、好ましくは無線通信であり、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ又はＵＭＴＳ等の通常の電話回線プロトコル及びシステムを使用できる。通信は、例えば修理工場のサーバーを駐車場の車両又はＷｉＭａｘ等にリンクするために、ＷｉＦｉ／ＷＬＡＮに基づいてもよい。これらのいずれの場合も、テレマティックゲートウェイによって発信されたアラームは人員には感知できない。どの車両のバッテリが低レベルの放電状態にあるかを知らせるために、例えば視覚又は音声アラームを介して人員が感知し得るアラームを発することも可能である。

図２に示す実施形態では、第１の実施形態と同様の要素には同じ参照番号が付され、これらは同様に動作する。

図２に示す本発明の第２の実施形態によれば、車両Ｖの電源システムＰは、第１の実施形態に関連した記載した要素に加えて、車両が電気駆動車又はハイブリッド電気自動車である場合に車両の牽引用電気機械（図示せず）に電流を供給するように適合された牽引用高電圧バッテリ５０を備えている。牽引用バッテリ５０の定格電圧は、例えば３００〜６００ボルト程度である。

牽引用バッテリ５０には、ＢＭＵ１０１と同じ特徴を有する専用のＢＭＵ５０１が備えられている。ＢＭＵ５０１は、通信網Ｎ１及びＮ２に接続されている。ＢＭＵ５０１は更に、スイッチ１２を制御するように適合されている。或いは、バッテリは共通のバッテリ管理ユニットを共用してもよい。

サービスバッテリ１０及び牽引用バッテリ５０は、一方ではそれぞれの電気ケーブルＣ１及びＣ２によって、他方ではケーブルＣ５１及びＣ５２によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０に接続されている。これらのケーブルで、電気エネルギを牽引用バッテリ５０からＤＣ／ＤＣコンバータ６０に、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０から牽引用バッテリ５０に、サービスバッテリ１０からＤＣ／ＤＣコンバータ６０に、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０からサービスバッテリ１０に伝送可能である。この実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、電気エネルギを牽引用バッテリ５０からサービスバッテリ１０に、又はサービスバッテリ１０から牽引用バッテリ５０に伝送する双方向コンバータである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の変換効率を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ制御ユニット（ＤＣＵ）６０１が備えられている。言い換えると、ＤＣＵ６０１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の入力電流及び出力電流の比率に作用する。

ＤＣＵ６０１は、通信網Ｎ１及びＮ２にも接続されている。

この実施形態では、本方法は以下のように実施される。即ち、サービスバッテリ１０及び牽引用バッテリ５０のそれぞれの充電状態は、車両の電源オフ期間中に第１の実施形態と同様に監視される。ＢＭＵ１０１と５０１のいずれかが関連するバッテリの低充電状態レベルを検知すると、これは第１の実施形態と同様に、通信網Ｎ２に充電レベル限界信号Ｓｃ１０又はＳｃ５０を生成して、ゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０を起動させ、車外サーバー１００でアラームＡｃ１０又はＡｃ５０信号の発信を受信する。

アラームが発信されると、充電状態が限界レベルに達したバッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して電気エネルギを別のバッテリに伝送することによって自動的に再充電される。より具体的には、ＢＭＵ１０１によるゲートウェイ２０及びテレマティックゲートウェイ３０の起動と同時に、サービスバッテリ１０が充電レベルの限界状態に達した場合は、通信網Ｎ２を経て電子信号Ｄｃ１０がＤＣＵ６０１に送信されることでＤＣＵ６０１自体が起動される。ＤＣＵ６０１が起動すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は電気エネルギを牽引用バッテリ５０からサービスバッテリ１０に伝送することによってサービスバッテリ１０を再充電することが可能になり、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の入力及び出力電流はそれに応じて適合される。

牽引用バッテリ５０において低充電レベル状態が検知されると、反対の動作が行われる。ＢＭＵ５０１は、通信網Ｎ２で送信される信号Ｄｃ５０を介してＤＣＵ６０１を起動し、電気エネルギをサービスバッテリ１０から牽引用バッテリ５０に伝送する。

本発明は所与のバッテリについて異なる低充電レベル状態で実装可能である。例えば、低充電レベル状態を事前警告に対応させることで、１つのバッテリから別のバッテリにエネルギを伝送するステップをトリガせずに、最初のアラームが純然たる通報であるようにすることもできよう。おそらく第１のレベルよりも劣る別の低レベルで、１つのバッテリから別のバッテリへのエネルギ伝送が開始されよう。更に、当該別のアラームレベルも人員に向けた情報となり得る。

一定量のエネルギが伝送された後、電気エネルギの伝送を停止できる。これは、それまでは過放電であったバッテリの安全レベルの充電状態、即ち、バッテリが重大な損傷に少なくとも一時的にさらされることがない充電状態に対応する。別の可能性は、エネルギを供給するバッテリが低充電レベルに達するとエネルギ伝送を停止することである。それとは反対に、エネルギを供給するバッテリがそれ以上のエネルギを供給できず、バッテリが損傷し、場合によっては取り返しがつかない損傷を引き起こす可能性ある状態になるまでエネルギ伝送を継続することもできる。損傷した場合、一般にサービスバッテリ１０の方がずっと交換し易く、安価であり、一方、牽引用バッテリ５０は極めて高価であり、交換には多大な作業が必要となり得ることから、サービスバッテリ１０から牽引用バッテリ５０への再充電を行う場合、後者の方策を採用する方が好適であろう。

本発明の代替実施形態によれば、低充電レベル状態に達したバッテリは自動的には再充電されない。２つのバッテリの一方が限界充電レベルに達したことを警告するアラームをサーバー１００が受信した後、サーバーは、バッテリの再充電を許可又は禁止する命令Ｉを送信できる。この命令は、サーバーシステム、又は例えば所有車両管理システム等のサーバーに接続されたシステムによる演算処理が可能である。命令は、例えば所有車両の管理者、修理工場の従業員、又はドライバー等の人員により、ラップトップ２００、携帯電話３００、又はその他のいずれかの適宜の手段によっても生成可能である。

システム又は人員は、激しく放電したバッテリの再充電の実施を決定できる。その場合は、再充電作業を開始する旨の命令は、サーバー１００を経てテレマティックゲートウェイ３０に送信される。テレマティックゲートウェイ３０は次いで、この命令を放電したバッテリのＢＭＵに送信して、このＢＭＵがＤＣＵ６０１を起動して再充電作業を開始させる。例えば、システム又は人員は、サービスバッテリ１０の方が交換し易く、安価であることを念頭に入れて、牽引用バッテリ５０を再充電することを決定できる。

別の場合は、システム又は人員は、例えば、放電したバッテリをいずれにせよ完全に充填されたバッテリと交換する必要があるため、或いは、車両が短期間しか使用されないため、或いは、放電したバッテリを別の手段で再充電する必要があるため、車両の別のバッテリを放電させずに、放電したバッテリの再充電を実行しないことを決定できる。例えば、サービスバッテリ１０が放電した場合に、これを再充電すると牽引用バッテリ５０が過放電となり、牽引用バッテリ５０の損傷の原因になることもあり得る。システム又は人員は、牽引用バッテリ５０の損傷の可能性を防ぐために、人員によるメンテナンス作業を行うことによるサービスバッテリ１０の再充電を優先させることもできよう。

低電圧のサービスバッテリの第１の実施形態に関連して記載した方法は、高電圧の牽引用バッテリにも実装可能である。更に、１つのバッテリだけを監視する本発明の第１の実施形態は、２つ以上のバッテリを有する車両にも実装可能である。例えば、高電圧の牽引用バッテリと低電圧のサービスバッテリとを有するハイブリッド電気自動車では、高電圧の牽引用バッテリだけを監視し、第２の実施形態では電源オフ状態でバッテリ間でのエネルギ伝送の可能性が提供されるが、この可能性を提供しないことを選択してもよい。第２の実施形態の変形形態では、２つのバッテリの間のＤＣ／ＤＣコンバータを単方向コンバータにしてもよく、その場合は、電源オフ状態でのエネルギ伝送は一方向のみで行うことができよう。

本発明は、２つ以上のバッテリでも実装可能であり、鉛酸、リチウムイオン、ＮｉＭＨ等の様々なタイプのバッテリで実装可能である。

本発明はどのタイプの車両でも実装可能である。これは特に、トラックのフリートに有利である。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの高電圧の牽引バッテリ（５０）と、低電圧のサービスバッテリ（１０）と、該バッテリの充電状態を監視するように適合された、少なくとも１つの関連するバッテリ管理ユニット（１０１、５０１）を備える自動車（Ｖ）の電源システム（Ｐ）を制御する方法であって、以下のステップ、即ち、
   ａ）前記車両の電源オフ状態中に、前記バッテリ管理ユニット（１０１、５０１）によって前記バッテリ又は各々のバッテリ（１０、５０）の充電レベル状態を監視するステップと、
   ｂ）ステップａ）で監視された充電状態が第１の低充電状態の閾値に達すると、充電レベルが限界状態にあるアラーム（Ａｃ１０、Ａｃ５０）を発するように適合された車載通信デバイス（３０）の起動を、車外受信デバイス（１００）で受信するステップと、
   ｃ）ステップａ）で監視された充電状態が、前記第１の低充電状態の閾値よりも低い、第２の低充電状態の閾値に達すると、前記高電圧の牽引バッテリ（５０）を前記低電圧のサービスバッテリ（１０）に電気的に接続するコンバータ（６０）を起動するとともに前記コンバータ（６０）を介して前記高電圧の牽引バッテリ（５０）を前記低電圧のサービスバッテリ（１０）により前記高電圧の牽引バッテリ（５０）が安全レベルの充電状態になるまで再充電するステップとを含み、
   ｄ）ステップｃ）において前記低電圧のサービスバッテリ（１０）がそれ以上のエネルギを供給できない状態になるまでエネルギを供給する
   、方法。
2. ステップｄ）が、車外通信デバイス（１００）から車載通信デバイス（３０）が受信する再充電命令（Ｉ）を条件として実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記車載通信デバイス（３０）が遠隔無線通信プロトコルを実装する、請求項１または２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの高電圧バッテリ（５０）と、低電圧バッテリ（１０）と、該バッテリの充電状態を監視するように適合された関連する少なくとも１つのバッテリ管理ユニット（１０１、５０１）とを備える、自動車（Ｖ）の電源システム（Ｐ）であって、前記車両が電源オフ状態にある時に、前記バッテリ又は各々のバッテリに関連するバッテリ管理ユニットが前記バッテリの充電状態を監視するように適合されると共に、前記バッテリ管理ユニットが、前記バッテリ又は各々のバッテリに関連する前記バッテリ管理ユニットによって監視される充電状態が第１の低閾値に達すると、車外通信デバイス（１００）によって受信されるように充電状態限界アラーム（Ａｃ１０、Ａｃ５０）を発信する手段（３０）を備え、
   前記高電圧バッテリ（５０）の充電状態が前記第１の低閾値よりも低い、第２の低閾値に達すると、低電圧バッテリ（１０）によりバッテリ（５０）が安全レベルの充電状態になるまで再充電するものであって、前記低電圧バッテリ（１０）がそれ以上のエネルギを供給できない状態になるまで前記低電圧バッテリ（１０）で前記高電圧バッテリ（５０）を充電する手段（６０）を備える、電源システム。
5. 前記高電圧バッテリ（５０）又は前記低電圧バッテリ（１０）を充電する前記手段がＤＣ／ＤＣコンバータ（６０）からなる、請求項４に記載の電源システム。
6. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（６０）が、前記高電圧バッテリ（５０）と前記低電圧バッテリ（１０）とに関連するそれぞれのバッテリ管理ユニット（１つ又は複数）（５０１、１０１）と通信するように適合される専用の制御ユニット（６０１）を備える、請求項５に記載の電源システム。
7. 前記充電状態限界アラーム（Ａｃ１０、Ａｃ５０）を発信する前記手段が、車外サーバー（１００）にアラームを送信するように適合された遠隔通信デバイス（３０）を備える、請求項４乃至６のいずれかに記載の電源システム。
8. 前記遠隔通信デバイス（３０）が、前記サーバー（１００）からの命令（Ｉ）を受信するように適合された、請求項７に記載の電源システム。
9. 前記遠隔通信デバイス（３０）が無線デバイスである、請求項７または８に記載の電源システム。

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