JP7074791B2 - 車載システム、二次電池管理システム、充電率の出力方法、およびプログラム - Google Patents

車載システム、二次電池管理システム、充電率の出力方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、車載システム、二次電池管理システム、充電率の出力方法、およびプログラムに関する。
従来より、車両に搭載された二次電池の容量を推定する技術としては、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載された車両用蓄電池管理装置は、二次電池の充電量および放電量に基づく充電レベルの変化、および車両の走行距離に基づいて二次電池の劣化度合いを判定している。
特開２０１５－１４４８７号公報
しかしながら、充電レベルを測定する場合に、車両が走行している場合や、車両に搭載された補機が電力を消費している場合、高い精度で充電レベルを取得できない可能性があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、二次電池の容量を高い精度で取得することを目的の一つとする。
（１）：この発明の一態様に係る車載システムは、車両に搭載された二次電池の電圧を示す信号を取得する取得部と、外部電源装置から供給される電力を用いて、前記車両に搭載された補機または前記二次電池に前記電力を供給する電力供給部と、前記取得部により取得した前記二次電池の電圧を示す信号に基づいて、前記二次電池の充電率を出力する推定部と、を備え、前記電力供給部は、前記車両が停止し、前記二次電池の充電率が出力される場合、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように出力電力を制御する車載システムである。
（２）：上記（１）の態様において、前記電力供給部は、前記車両が停止し、前記二次電池の充電率が出力される場合、前記外部電源装置から供給される電力を用いて、前記補機の消費電力相当の電力を出力する。
（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記二次電池の電圧を示す信号は、前記二次電池の開回路電圧に相当する電圧を示す信号である。
（４）：上記（１）から（３）の何れかの態様の車載システムと、前記車両が停止し、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように前記電力供給部を制御している第１のタイミングにおいて前記取得部が取得した前記二次電池の電圧を示す情報に基づいて出力された第１の充電率と、前記車両が停止し、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように前記電力供給部を制御している第２のタイミングにおいて前記取得部が取得した前記二次電池の電圧を示す情報に基づいて出力された第２の充電率との変化に基づいて、前記二次電池の劣化を出力する劣化出力部と、を備える二次電池管理システムである。
（５）：この発明の一態様に係る充電率の出力方法は、車両に搭載された二次電池の電圧を示す信号を取得するステップと、外部電源装置から供給される電力を用いて、前記車両に搭載された補機または前記二次電池に前記電力を供給するステップと、前記二次電池の電圧を示す信号に基づいて、前記二次電池の充電率を出力するステップと、を有し、前記車両が停止し、前記二次電池の充電率が出力される場合、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように出力電力を制御する、充電率の出力方法である。
（６）：この発明の一態様に係るプログラムは、車載システムのコンピュータに、車両に搭載された二次電池の電圧を示す信号を取得するステップと、外部電源装置から供給される電力を用いて、前記車両に搭載された補機または前記二次電池に前記電力を供給するステップと、前記二次電池の電圧を示す信号に基づいて、前記二次電池の充電率を出力するステップと、を実行させ、前記車両が停止し、前記二次電池の充電率が出力される場合、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように出力電力を制御させる、プログラムである。
（１）～（３）、（５）および（６）によれば、車両が停止し、二次電池の充電率が出力される場合、二次電池の蓄電電力を一定にするように電力供給部の出力電力を制御することにより、二次電池の容量を高い精度で取得することができる。
（４）によれば、第１のタイミングおよび第２のタイミングにおいて取得した取得部が取得した二次電池の電圧を示す情報に基づいて出力した第１の充電率および第２の充電率に基づいて二次電池の劣化を出力するので、二次電池の劣化の精度を高くすることができる。
実施形態におけるＶ２Ｇシステム１の一例を示すブロック図である。 実施形態における車載システムの一例を示すブロック図である。 実施形態におけるＶ２ＧシステムにおけるＳＯＣの推定処理の一例を示すシーケンス図である。 実施形態におけるＶ２ＧシステムにおけるＳＯＣの推定処理の他の一例を示すシーケンス図である。 実施形態における、ＳＯＣに基づいて二次電池１２２の劣化を診断する手順の一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照し、本発明の車載システム、二次電池管理システム、充電率の出力方法、およびプログラムの実施形態について説明する。以下の説明において、車両は、二次電池を搭載した電気自動車であるものとするが、車両は、外部からの電力を蓄電可能な車両であり、走行用の電力を供給する二次電池を搭載した車両であればよく、ハイブリッド自動車や燃料電池車両であってもよい。
［Ｖ２Ｇ（Vehicle to Grid）システムの概要］
図１は、実施形態におけるＶ２Ｇシステム１の一例を示すブロック図である。Ｖ２Ｇシステム１は、商用電力網を含む電力系統（不図示）と車両Ｖとの間で電力の授受を行うシステムである。Ｖ２Ｇシステム１は、例えば、車載システム１００と、外部電源装置２００と、電力事業者サーバ装置３００を含む。なお、実施形態のＶ２Ｇシステム１は、一つの車両Ｖおよび外部電源装置２００を記載しているが、複数の車両Ｖおよび外部電源装置２００を備えていてよい。
車両Ｖは、例えば、車載システム１００、接続口４０４Ａ、および走行用のモータ（不図示）を備える。接続口４０４Ａには、ケーブル４００のプラグ４０２Ａが接続される。車両Ｖは、ケーブル４００を介して外部電源装置２００との間で電力を授受する。なお、ケーブル４００は、給電ケーブルであり、信号線を備えていてもよい。または、ケーブル４００は、給電ケーブルに信号が重畳されていてもよい。
外部電源装置２００は、例えば車両Ｖの利用者の自宅等に設置される。外部電源装置２００は、例えば、接続口４０４Ｂ、および制御部２１０を備える。接続口４０４Ｂには、ケーブル４００のプラグ４０２Ｂが接続される。外部電源装置２００は、ケーブル４００を介して車両Ｖとの間で電力を授受する。制御部２１０は、車載システム１００との間で情報の送受信を行う。外部電源装置２００は、通信ネットワークＮＷを介し電力事業者サーバ装置３００と接続される。外部電源装置２００は、商用電力網を含む電力系統に接続される。なお、ネットワークＮＷは、例えば、インターネット、ＷＡＮ（Wide Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）、プロバイダ装置、無線基地局などを含む。
電力事業者サーバ装置３００は、電力事業者が利用するサーバ装置である。電力事業者サーバ装置３００は、通信ネットワークＮＷを介して外部電源装置２００と接続される。電力事業者サーバ装置３００は、外部電源装置２００から車両Ｖに電力の供給を行うように制御し、商用電力網を含む電力系統と車両Ｖとの間で電力の授受を行うように制御する。
図２は、実施形態における車載システムの一例を示すブロック図である。車載システム１００は、例えば、電力供給部１１０、バッテリ制御部１２０、補機１３０、制御部１４０、および通信部１５０を備える。
電力供給部１１０は、例えば、ＤＣＤＣコンバータやリレー等を備えたオンボードチャージャ（ＯＢＣ）である。電力供給部１１０は、外部電源装置２００から供給された電力をバッテリ制御部１２０および補機１３０に供給する。また、電力供給部１１０は、二次電池１２２から放電した電力を外部電源装置２００に供給する。
バッテリ制御部１２０は、例えばＩＰＵ（Intelligent Power Unit）である。バッテリ制御部１２０は、例えば、二次電池１２２、電流センサ１２４、および電圧センサ１２６を備える。バッテリ制御部１２０は、図示しないが、ＤＣＤＣコンバータ、温度センサ等を備えてよい。二次電池１２２は、例えばリチウムイオン電池である。二次電池１２２は、電力供給部１１０から供給された電力を充電し、充電している電力を放電する。電流センサ１２４は、二次電池１２２における充放電時の電流を検出する。電圧センサ１２６は、二次電池１２２における両端の電圧を検出する。
補機１３０は、例えば、車両Ｖの空調装置等である。補機１３０は、電力供給部１１０から供給された電力、またはバッテリ制御部１２０から供給された電力を消費することで動作する。
制御部１４０は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現されてよい。制御部１４０の一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。制御部１４０は、電力供給部１１０およびバッテリ制御部１２０を制御する。さらに、制御部１４０は、二次電池１２２のＳＯＣ（State of Charge；充電率）を出力定する出力部として機能する。また、制御部１４０は、時間的に前後する第１、第２のタイミングにおけるＳＯＣの差に基づいて二次電池１２２の劣化を出力する劣化出力部として機能する。二次電池１２２のＳＯＣは、満充電容量に対する、蓄電容量である残容量の割合である。
通信部１５０は、例えばＴＣＵ（Telematics Control Unit）である。通信部１５０は、電力事業者サーバ装置３００との間で情報を送受信する。
図３は、実施形態におけるＶ２ＧシステムにおけるＳＯＣの推定処理の一例を示すシーケンス図である。なお、実施形態においては、ＳＯＣを推定する処理について説明するが、ＳＯＣの推定は、ＳＯＣの出力の一例であり、ＳＯＣを推定することに限定されない。
先ず、電力事業者サーバ装置３００は、車載システム１００にスタンバイ要求を送信する（ステップＳ１００）。スタンバイ要求は、電力事業者サーバ装置３００からの要求を待機するモードに移行する要求である。通信部１５０は、スタンバイ要求を受信し、当該スタンバイ要求を制御部１４０に供給する。通信部１５０および制御部１４０は、所定のスタンバイ処理を行う（ステップＳ１０２）。通信部１５０は、スタンバイ要求により電力事業者サーバ装置３００からの要求を受信する待機状態となり、制御部１４０は、電力事業者サーバ装置３００からの要求に応じた処理の待機状態になる。
次に電力事業者サーバ装置３００は、ＳＯＣ推定モード要求を通信部１５０に送信する（ステップＳ１０４）。ＳＯＣ推定モード要求は、二次電池１２２のＳＯＣを推定する動作モードに移行することを要求する情報である。ＳＯＣ推定モード要求は、通信部１５０を介して制御部１４０に供給される。制御部１４０は、ＳＯＣ推定モードにおける動作を行うようにバッテリ制御部１２０および電力供給部１１０を制御する要求を出力する。
なお、電力事業者サーバ装置３００は、例えば、車両Ｖが停止し、車両Ｖがケーブル４００に接続され、外部電源装置２００から車両Ｖに補機１３０の電力が供給可能な状態である場合に、スタンバイ要求およびＳＯＣ推定モード要求を車載システム１００に送信する。
電力供給部１１０は、外部電源装置２００から供給された電力を、補機１３０に供給するよう出力電力を制御する（ステップＳ１０６）。電力供給部１１０は、例えば、補機１３０が動作するために必要な電力を外部電源装置２００に要求し、外部電源装置２００は、電力供給部１１０から要求された補機１３０が動作するために必要な電力を電力事業者サーバ装置３００に要求する。これにより、外部電源装置２００は、電力事業者から、補機１３０が動作するために必要な電力を受け、電力供給部１１０に供給し、電力供給部１１０は、補機１３０が動作するために必要な電力を補機１３０に供給する（ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。この結果、制御部１４０は、車両Ｖが停止し、二次電池１２２のＳＯＣが推定される場合、二次電池１２２の蓄電電力を一定とするように出力電力を制御する。なお、バッテリ制御部１２０は、二次電池１２２の充電電力および放電電力がゼロになるように制御してよい（ステップＳ１０８）。バッテリ制御部１２０は、例えば、ＤＣＤＣコンバータやリレー等を制御することで電力供給部１１０および補機１３０と二次電池１２２との電気的な接続を遮断する。
次にバッテリ制御部１２０は、電圧センサ１２６により検出された二次電池１２２の電圧Ｖｂａｔを示す信号を制御部１４０に出力し、制御部１４０は、電圧Ｖｂａｔを示す信号を取得する。二次電池１２２の電圧を示す信号は、二次電池１２２の開回路電圧に相当する電圧を示す信号である。制御部１４０は、取得した電圧Ｖbatを示す信号に基づいて二次電池１２２のＳＯＣを推定する（ステップＳ１１０）。制御部１４０は、例えば、電圧Ｖｂａｔを示す信号と二次電池１２２のＳＯＣとの対応関係を示すテーブルデータに基づいてＳＯＣを推定してもよく、電圧Ｖｂａｔを示す信号を用いてＳＯＣを演算する演算式に基づいてＳＯＣを推定してよい。
図４は、実施形態におけるＶ２ＧシステムにおけるＳＯＣの推定処理の他の一例を示すシーケンス図である。先ず、電力事業者サーバ装置３００は、車載システム１００にスタンバイ要求を送信する（ステップＳ１００）。通信部１５０は、スタンバイ要求を受信し、当該スタンバイ要求を制御部１４０に供給する。通信部１５０および制御部１４０は、所定のスタンバイ処理を行う（ステップＳ１０２）。次に電力事業者サーバ装置３００は、ＳＯＣ推定モード要求を通信部１５０に送信する（ステップＳ１０４）。ＳＯＣ推定モード要求は、通信部１５０を介して制御部１４０に供給される。制御部１４０は、ＳＯＣ推定モードにおける動作を行うようにバッテリ制御部１２０および電力供給部１１０を制御する要求を出力する。なお、電力事業者サーバ装置３００は、例えば、車両Ｖが停止し、車両Ｖがケーブル４００に接続され、外部電源装置２００から車両Ｖに補機１３０の電力が供給可能な状態である場合に、スタンバイ要求およびＳＯＣ推定モード要求を車載システム１００に送信する。
バッテリ制御部１２０は、補機１３０の動作に必要な電力を二次電池１２２から放電させる（ステップＳ１２０）。次にバッテリ制御部１２０は、電流センサ１２４により検出された二次電池１２２の電流Ｉｂａｔを示す信号を制御部１４０に出力し、電圧センサ１２６により検出された二次電池１２２の電圧Ｖｂａｔを示す信号を制御部１４０に出力し、制御部１４０は、電流Ｉｂａｔを示す信号および電圧Ｖｂａｔを示す信号を取得する。制御部１４０は、電流Ｉｂａｔと電圧Ｖｂａｔを乗算した電力を演算する（ステップＳ１２２）。制御部１４０は、演算した電力を電力供給部１１０から二次電池１２２に充電するように電力供給部１１０に要求する。
電力供給部１１０は、制御部１４０からの要求に応じ、外部電源装置２００から、制御部１４０により演算した電力を受け付け、受け付けた電力を二次電池１２２に充電する（ステップＳ１２４）。これにより、制御部１４０は、車両Ｖが停止し、二次電池１２２のＳＯＣが推定される場合、二次電池１２２の蓄電電力を一定とするように制御する。次にバッテリ制御部１２０は、電圧センサ１２６により検出された二次電池１２２の電圧Ｖｂａｔを示す信号を制御部１４０に出力し、制御部１４０は、電圧Ｖｂａｔを示す信号を取得する。二次電池１２２の電圧を示す信号は、二次電池１２２の開回路電圧に相当する電圧を示す信号である。制御部１４０は、取得した電圧Ｖｂａｔを示す信号に基づいて二次電池１２２のＳＯＣを推定する（ステップＳ１２６）。
図５は、実施形態における、ＳＯＣに基づいて二次電池１２２の劣化を診断する手順の一例を示すフローチャートである。なお、実施形態は、二次電池１２２の劣化を診断する処理を説明するが、二次電池１２２の劣化を診断する処理は、二次電池１２２の劣化を出力する処理の一例であり、二次電池１２２の劣化を診断することに限定されない。
制御部１４０は、第１のタイミングｔ１において、二次電池１２２の開回路電圧に相当する電圧としてのＶｂａｔを検出する（ステップＳ２００）。第１のタイミングｔ１は、例えば、車両Ｖが停止し、車両Ｖにケーブル４００が接続され、二次電池１２２の充電電力および放電電力がゼロになるように制御または二次電池１２２の蓄電電力が一定となるように制御されたタイミングである。制御部１４０は、時刻ｔ１において検出された電圧Ｖｂａｔに基づいてＳＯＣ（ｔ１）を推定する（ステップＳ２０２）。
制御部１４０は、第２のタイミングｔ２において、二次電池１２２の開回路電圧に相当する電圧としてのＶｂａｔを検出する（ステップＳ２０４）。第２のタイミングｔ２は、例えば、第１のタイミングｔ１後に車両Ｖが走行し、再度車両Ｖが停止し、車両Ｖにケーブル４００が接続され、二次電池１２２の充電電力および放電電力がゼロになるように制御または二次電池１２２の蓄電電力が一定となるように制御されたタイミングである。制御部１４０は、第２のタイミングｔ２において検出された電圧Ｖｂａｔに基づいてＳＯＣ（ｔ２）を推定する（ステップＳ２０６）。
制御部１４０は、ＳＯＣ（ｔ１）とＳＯＣ（ｔ２）との差分であるΔＳＯＣに基づいて二次電池１２２の劣化を診断する（ステップＳ２０８）。制御部１４０は、例えば、ΔＳＯＣと第１のタイミングｔ１から第２のタイミングｔ２までの走行距離とに基づいて二次電池１２２の劣化を診断する。
以上説明したように、実施形態の車載システム１００によれば、二次電池１２２の蓄電電力を一定にするように電力供給部１１０を制御している状態において電圧センサ１２６により取得した二次電池１２２の電圧を示す信号に基づいて、二次電池１２２の充電率を出力することができる。この結果、実施形態の車載システム１００によれば、二次電池１２２のＳＯＣを高い精度で取得することができる。さらに、実施形態の車載システム１００によれば、ＳＯＣを用いた二次電池１２２の劣化の出力精度を高くすることができる。
実施形態の車載システム１００によれば、車両Ｖが停止し、二次電池１２２のＳＯＣが出力される場合、二次電池１２２の蓄電電力を一定にするように電力供給部１１０の出力電力を制御するので、二次電池１２２の開回路電圧に相当する電圧を検出してＳＯＣを出力することができ、ＳＯＣの精度を高くすることができる。
実施形態の車載システム１００によれば、二次電池１２２の蓄電電力を一定にして推定したＳＯＣを用いるので、二次電池１２２の劣化の出力精度を高くすることができる。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。上述した実施形態はＶ２Ｇシステム１について説明したが、これに限定されず、外部電源装置２００から車載システム１００への単一方向に電力を供給するＶ１Ｇシステムにも適用可能である。また、上述した実施形態のＶ２Ｇシステム１は、二次電池１２２の劣化を診断する診断部を車両Ｖに備えたが、これに限定されず、車両Ｖに診断部を備えずに、車両Ｖから通信ネットワークを介して取得したＳＯＣに基づいて二次電池１２２の劣化を診断するクラウドサーバ装置を備えてよい。
１ Ｖ２Ｇシステム
１００ 車載システム
１１０ 電力供給部
１２０ バッテリ制御部
１２２ 二次電池
１２４ 電流センサ
１２６ 電圧センサ
１３０ 補機
１４０ 制御部
１５０ 通信部
２００ 外部電源装置
２１０ 制御部
３００ 電力事業者サーバ装置
４００ ケーブル
４０２Ａ、４０２Ｂ プラグ
４０４Ａ、４０４Ｂ 接続口

Claims (5)

  1. 車両に搭載された二次電池の電圧を示す信号を取得する取得部と、
    外部電源装置から供給される電力を用いて、前記車両に搭載された補機または前記二次電池に前記電力を供給する電力供給部と、
    前記取得部により取得した前記二次電池の電圧を示す信号に基づいて、前記二次電池の充電率を推定する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記車両が停止し、前記二次電池の充電率が推定される場合、前記外部電源装置から供給される電力を用いて、前記補機の消費電力相当の電力を出力すると共に、前記二次電池の充電率を一定にするように前記電力供給部を制御する、
    車載システム。
  2. 前記二次電池の電圧を示す信号は、前記二次電池の開回路電圧に相当する電圧を示す信号である、
    請求項１に記載の車載システム。
  3. 請求項１または２に記載の車載システムと、
    前記車両が停止し、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように前記電力供給部を制御している第１のタイミングにおいて前記取得部が取得した前記二次電池の電圧を示す情報に基づいて出力された第１の充電率と、前記車両が停止し、前記二次電池の蓄電電力を一定にするように前記電力供給部を制御している第２のタイミングにおいて前記取得部が取得した前記二次電池の電圧を示す情報に基づいて出力された第２の充電率との変化に基づいて、前記二次電池の劣化を出力する劣化出力部と、
    を備える二次電池管理システム。
  4. 車両に搭載された二次電池の電圧を示す信号を取得するステップと、
    外部電源装置から供給される電力を用いて、前記車両に搭載された補機または前記二次電池に前記電力を供給するステップと、
    前記二次電池の電圧を示す信号に基づいて、前記二次電池の充電率を推定するステップと、を有し、
    前記推定するステップは、前記車両が停止した場合に、前記外部電源装置から供給される電力を用いて、前記補機の消費電力相当の電力を出力すると共に、前記二次電池の充電率を一定にするように前記二次電池の出力電力を制御することを含む、
    充電率の出力方法。
  5. 車載システムのコンピュータに、
    車両に搭載された二次電池の電圧を示す信号を取得するステップと、
    外部電源装置から供給される電力を用いて、前記車両に搭載された補機または前記二次電池に前記電力を供給するステップと、
    前記二次電池の電圧を示す信号に基づいて、前記二次電池の充電率を推定するステップと、を実行させ、
    前記推定するステップは、前記車両が停止した場合に、前記外部電源装置から供給される電力を用いて、前記補機の消費電力相当の電力を出力すると共に、前記二次電池の充電率を一定にするように前記二次電池の出力電力を制御することを含む、
    プログラム。
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