JP7088096B2 - 車両用電池制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動運転のバックアップ用の電池を制御する車両用電池制御装置に関する。
特許文献１に、自動運転が可能な車両に搭載された、アクセサリーなどの電装品に電力を供給する鉛電池と、自動運転バックアップ用のリチウムイオン電池とを備えた、電池制御装置が開示されている。この電池制御装置では、リチウムイオン電池を給電線から切り離した状態で鉛電池を充電している最中に自動運転の要求が発生した場合、給電線の電圧をリチウムイオン電池の開放電圧まで低下させてリチウムイオン電池を給電線に接続する。従って、リチウムイオン電池と鉛電池との両方を給電線に接続した状態で、鉛電池だけを充電することができる。これによって、特許文献１に記載の電池制御装置は、リチウムイオン電池による自動運転の退避走行時に必要なバックアップ電力の確保と、鉛電池の充電遅延防止とを両立している。
特開２０１８－０６９９００号公報
上記特許文献１に記載の電池制御装置は、自動運転の要求時に電池の蓄電量を確認することなく自動運転を実行している。しかしながら、車両の安全確保のためには、自動運転の要求があった場合、自動運転を実行する前にリチウムイオン電池が退避走行時に必要なバックアップ電力を出力可能であるか否かを判断することが望ましい。この判断は、通常、退避走行において消費される電流を実際に流して電池を一旦放電させて、その後、電池を所定の蓄電量まで充電する必要があるため時間が掛かる。このため、ドライバーなどから自動運転が要求されても直ちに自動運転を実行することができない。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ドライバーなどから要求された自動運転を素早く実行することができる車両用電池制御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、本発明の一態様は、自動運転時にメイン電池をバックアップ可能なサブ電池を制御する車両用電池制御装置であって、サブ電池の電流、電圧、及び温度に関する情報を取得するセンサーと、メイン電池とサブ電池との間に設けられるＤＣＤＣコンバーターと、手動運転時と自動運転時とでサブ電池の接続状態を切り替える切り替え部と、センサーが取得した情報に基づいてＤＣＤＣコンバーター及び切り替え部を制御し、サブ電池の充放電を制御する制御部とを備え、制御部は、イグニッションオン後の手動運転の期間に、サブ電池が自動運転の退避走行時に必要なバックアップ電力を出力可能であるか否かを、所定の第１電池制御を行って暫定的に判断し、第１電池制御を行ってサブ電池がバックアップ電力を出力可能と判断した場合に自動運転を許可し、自動運転を許可した後、所定の要求に応じて自動運転を実行し、かつ、サブ電池がバックアップ電力を出力可能であるか否かを、第１電池制御よりも精度が高い所定の第２電池制御を行って判断する。
上記本発明の車両用電池制御装置によれば、ドライバーなどから自動運転の要求がある前にサブ電池が退避走行時に必要なバックアップ電力を出力可能と暫定的に判断していれば、自動運転を許可した後に要求された自動運転を素早く実行することができる。
本発明の一実施形態に係る車両用電池制御装置の概略構成を示す図 手動運転時の車両用電池制御装置の状態を説明する図 自動運転時の車両用電池制御装置の状態を説明する図 制御部が実行する電池制御の処理手順を説明するフローチャート 図３の第１電池制御の詳細な処理手順を説明するフローチャート 図３の第２電池制御の詳細な処理手順を説明するフローチャート 図３の第２電池制御の詳細な処理手順を説明するフローチャート 第１電池制御に用いる劣化検知パルスの一例を説明する図 第１電池制御に用いる電池標準抵抗マップの一例を示す図 電池標準抵抗マップの使用例を説明する図 電池標準抵抗マップの使用例を説明する図 第２電池制御に用いるバックアップ実電流の一例を示す図 サブ電池の異常を判断する一例を説明する図 Ｔ４判定マップの一例を示す図 Ｔ５判定マップの一例を示す図 本車両用電池制御装置における自動運転の実行タイミングを示す図 従来の車両用電池制御装置における自動運転の実行タイミングを示す図 本車両用電池制御装置における他の自動運転の実行タイミングを示す図
本発明は、自動運転時にメイン電池をバックアップ可能なサブ電池を制御する車両用電池制御装置である。この車両用電池制御装置は、イグニッションオン後の手動運転の期間にサブ電池の状態を短時間で推定し、その推定結果に基づいてサブ電池が自動運転の退避走行時に必要なバックアップ電力を出力可能であると暫定的に判断できれば、自動運転を直ちに許可できる状態にする。これにより、ドライバーなどから自動運転の要求がある前にサブ電池がバックアップ電力を出力可能と暫定的に判断できていれば、自動運転を許可状態とした後に要求された自動運転を素早く実行することができる。
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電池制御装置１を含む電源システムの概略構成を示す図である。図１に例示した電源システムは、メイン電池１１と、サブ電池１２と、１次系統機器２１と、２次系統機器２２と、電力供給部３０と、接続切り替え回路４０、制御部５１、センサー（Ｓ）５２、及びヒーター（Ｈ）５３を含む車両用電池制御装置１と、を備えている。本電源システムは、手動運転と自動運転とを切り替え可能な車両に搭載される。
メイン電池１１、１次系統機器２１、接続切り替え回路４０、及び電力供給部３０は、第１配線１０１で電気的に接続されている。サブ電池１２及び接続切り替え回路４０は、第２配線１０２で電気的に接続されている。２次系統機器２２及び接続切り替え回路４０は、第３配線１０３で電気的に接続されている。
電力供給部３０は、例えばオルタネータやＤＣＤＣコンバーターなど、所定の電力を出力することができる機器である。この電力供給部３０が出力する電力は、メイン電池１１、１次系統機器２１、及び接続切り替え回路４０に供給される。
メイン電池１１は、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池である。メイン電池１１は、電力供給部３０が出力する電力を蓄えたり、自らが蓄えている電力を１次系統機器２１及び接続切り替え回路４０に放出したりする。
サブ電池１２は、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池である。サブ電池１２は、電力供給部３０が出力する電力やメイン電池１１の電力を接続切り替え回路４０を介して蓄えたり、自らが蓄えている電力を接続切り替え回路４０を介して２次系統機器２２などに放出（供給）したりする。このサブ電池１２は、自動運転時にメイン電池１１が失陥した場合であっても、自動運転を担う２次系統機器２２への電源供給をメイン電池１１に代わって維持するバックアップが可能なように冗長的に設けられている。
１次系統機器２１は、電力供給部３０が出力する電力及び／又はメイン電池１１に蓄えられた電力で動作する車載機器である。
２次系統機器２２は、電力供給部３０が出力する電力及び／又はメイン電池１１に蓄えられた電力で動作する車載機器である。この２次系統機器２２には、自動運転において緊急時に車両を安全な場所に停車させるまで走行させる、いわゆる退避走行をさせるために必要な機器が含まれる。２次系統機器２２は、後述するように、手動運転時には電力供給部３０が出力する電力及び／又はメイン電池１１に蓄えられた電力で動作し、自動運転時にはさらにサブ電池１２に蓄えられた電力でも動作するように構成されている。
接続切り替え回路４０は、第１スイッチ４１、第２スイッチ４２、及びＤＣＤＣコンバーター４３を構成に含んでいる。第１スイッチ４１は、第１配線１０１と第３配線１０３との間に開閉可能に配置されている。第２スイッチ４２は、第２配線１０２と第３配線１０３との間に開閉可能に配置されている。この第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２には、例えば、半導体リレーやメカニカルリレーなどが用いられる。ＤＣＤＣコンバーター４３は、第１配線１０１と第２配線１０２との間に配置され、第１配線１０１を介して入力される電力の電圧を所定の電圧に変換して出力する電圧変換器である。
制御部５１は、例えばマイコンなどを含む自動運転ＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって構成され、図示しない車載機器から取得する車両情報（イグニッションのＯＮ／ＯＦＦ状態、手動運転／自動運転の状態など）に基づいて、接続切り替え回路４０の第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２の開閉状態を制御する。
具体的には、制御部５１は、車両が手動運転状態のとき、第１スイッチ４１を閉成して第１配線１０１と第３配線１０３とを接続し、かつ、第２スイッチ４２を開放して第２配線１０２と第３配線１０３とを切り離す。これにより、２次系統機器２２へは、図２Ａに示すように、電力供給部３０が出力する電力及び／又はメイン電池１１に蓄えられた電力が直接供給される。一方、制御部５１は、車両が自動運転状態のとき、第１スイッチ４１を開放して第１配線１０１と第３配線１０３とを切り離し、かつ、第２スイッチ４２を閉成して第２配線１０２と第３配線１０３とを接続する。これにより、２次系統機器２２へは、図２Ｂに示すように、電力供給部３０が出力する電力及び／又はメイン電池１１に蓄えられた電力がＤＣＤＣコンバーター４３を介して間接的に供給される。
また、制御部５１は、センサー５２から取得するサブ電池１２の状態に基づいて、接続切り替え回路４０のＤＣＤＣコンバーター４３の電圧指示値、及びヒーター５３による加熱の状態を制御する。この制御については、後述する。
センサー５２は、サブ電池１２の近傍に設けられ、サブ電池１２の状態を監視するための素子である。このセンサー５２には、サブ電池１２の端子電圧を測定する電圧センサー、サブ電池１２に流入／流出する電流を測定する電流センサー、及びサブ電池１２の温度を測定する温度センサーなどが含まれる。センサー５２で監視されるサブ電池１２の状態は、制御部５１に出力される。
ヒーター５３は、サブ電池１２の近傍に設けられ、サブ電池１２を温めるための素子である。このヒーター５３には、例えばエンジンで発生する熱を利用する熱交換器などが使用される。ヒーター５３は、制御部５１によって制御される。
＜制御＞
次に、図３乃至図５Ｂをさらに参照して、本実施形態に係る車両用電池制御装置１が行う制御を説明する。図３は、車両用電池制御装置１の制御部５１が実行する電池制御の処理手順を説明するフローチャートである。図４は、図３の第１電池制御（ステップＳ３０２）の詳細な処理手順を説明するフローチャートである。図５Ａ及び図５Ｂは、図３の第２電池制御（ステップＳ３０９）の詳細な処理手順を説明するフローチャートである。
（１）電池制御の流れ
図３に例示する電池制御は、車両のイグニッションがオン状態（ＩＧ－ＯＮ）になると開始され、イグニッションがオフ状態（ＩＧ－ＯＦＦ）になるまで繰り返し実行される。なお、イグニッションがオンされた直後における車両の状態は、手動運転が行われる状態であるものとして説明する。
ステップＳ３０１：制御部５１は、第１スイッチ４１を閉成し、かつ、第２スイッチ４２を開放して、接続切り替え回路４０を手動運転に設定する（図２Ａ）。接続切り替え回路４０が手動運転に設定されると、ステップＳ３０２に処理が進む。
ステップＳ３０２：制御部５１は、手動運転の期間において、短時間（第１時間）で済む簡易な第１電池制御を実施してサブ電池１２の状態を推定する。この第１電池制御については、後述する。
ステップＳ３０３：制御部５１は、第１電池制御によるサブ電池１２の推定結果に基づいて、サブ電池１２が所定のバックアップ電力を出力可能な状態にあるか否かを暫定的に判断する。バックアップ電力とは、メイン電池１１が失陥した場合などの緊急時にメイン電池１１に代わってサブ電池１２が電力供給源となったときに、２次系統機器２２を駆動して少なくとも車両を安全な場所まで退避走行させるために必要な電力である。サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にある場合は（Ｓ３０３、はい）、ステップＳ３０４に処理が進み、サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にない場合は（Ｓ３０３、いいえ）、ステップＳ３０５に処理が進む。
ステップＳ３０４：制御部５１は、自動運転を許可する。この自動運転の許可とは、車両用電池制御装置１を、ドライバーの指示などによって発生する自動運転要求に応じて直ちに自動運転用に切り替えることができる要求待機状態にすることをいう。自動運転が許可されると、ステップＳ３０６に処理が進む。
ステップＳ３０５：制御部５１は、自動運転を禁止する。この自動運転の禁止とは、車両用電池制御装置１を、ドライバーの指示などによって自動運転要求が発生しても接続切り替え回路４０を自動運転用に切り替えない状態にすることをいう。自動運転が禁止されると、ステップＳ３１４に処理が進む。
ステップＳ３０６：制御部５１は、自動運転を許可したか否かを判断する。自動運転を許可した場合は（Ｓ３０６、はい）、ステップＳ３０７に処理が進み、自動運転を許可していない場合は（Ｓ３０６、いいえ）、ステップＳ３１４に処理が進む。
ステップＳ３０７：制御部５１は、ドライバーの指示などによって自動運転要求が発生したか否かを判断する。自動運転要求が発生した場合は（Ｓ３０７、はい）、ステップＳ３０８に処理が進む。なお、自動運転要求が発生しなければ、イグニッションがオフ状態になるまで、手動運転用として予め定められたＳＯＣとなるようにサブ電池１２のＳＯＣが制御される。
ステップＳ３０８：制御部５１は、第１スイッチ４１を開放し、かつ、第２スイッチ４２を閉成して、接続切り替え回路４０を自動運転に設定する（図２Ｂ）。これにより、自動運転が開始される。接続切り替え回路４０が自動運転に設定されると、ステップＳ３０９に処理が進む。
ステップＳ３０９：制御部５１は、自動運転の期間において、上記第１電池制御よりも長い時間（第２時間）が掛かり、かつ、高精度な第２電池制御を実施して、サブ電池１２の状態を確認する。この第２電池制御については、後述する。
ステップＳ３１０：制御部５１は、第２電池制御によるサブ電池１２の確認結果に基づいて、サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にあるか否かを判断する。サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にある場合は（Ｓ３１０、はい）、ステップＳ３１１に処理が進み、サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にない場合は（Ｓ３１０、いいえ）、ステップＳ３１２に処理が進む。
ステップＳ３１１：制御部５１は、現在実行している自動運転を継続する。その後、ステップＳ３１３に処理が進む。
ステップＳ３１２：制御部５１は、自動運転を禁止する。具体的には、制御部５１は、現在実行している自動運転を停止して、運転の権限をドライバーに移譲した後に自動運転を禁止する。自動運転が禁止されると、ステップＳ３１４に処理が進む。
ステップＳ３１３：制御部５１は、ドライバーの指示などによって自動運転が終了したか否かを判断する。自動運転が終了した場合は（Ｓ３１３、はい）、ステップＳ３１４に処理が進み、自動運転が終了していない場合は（Ｓ３１３、いいえ）、ステップＳ３０９に処理が進む。
ステップＳ３１４：制御部５１は、第１スイッチ４１を閉成し、かつ、第２スイッチ４２を開放して、接続切り替え回路４０を手動運転に設定する（図２Ａ）。接続切り替え回路４０が手動運転に設定されると、ステップＳ３０６に処理が進む。
上述したステップＳ３０１～Ｓ３１４の処理は、車両のイグニッションがオフ状態になった時点で終了する。
（２）第１電池制御
図３のステップＳ３０２における第１電池制御では、図４に示す以下のステップＳ４０１～Ｓ４１０が行われる。
ステップＳ４０１：制御部５１は、サブ電池１２の温度及びＳＯＣ（蓄電量）がそれぞれの基準を満足するか否かを判断する。サブ電池１２の温度が低すぎたりＳＯＣが少なすぎたりすると第１電池制御による判断の精度が低下するため、サブ電池１２の温度が所定の温度基準を満足し、かつ、サブ電池１２のＳＯＣが所定のＳＯＣ基準を満足するか、をまず判断する。各基準は、サブ電池１２のスペックや車両に要求される性能などに基づいて適宜設定される。サブ電池１２のＳＯＣは、センサー５２から取得する情報に基づいて算出することができる。サブ電池１２の温度及びＳＯＣが各基準を満足する場合は（Ｓ４０１、はい）、ステップＳ４０３に処理が進み、サブ電池１２の温度及びＳＯＣが各基準を満足しない場合は（Ｓ４０１、いいえ）、ステップＳ４０２に処理が進む。
ステップＳ４０２：制御部５１は、サブ電池１２の温度及びＳＯＣが各基準を満足するまで、サブ電池１２を加熱し、かつ、充電する。サブ電池１２の加熱はヒーター５３を用いて行われ、サブ電池１２の充電はＤＣＤＣコンバーター４３の電圧指示値を制御することで行われる。サブ電池１２の温度及びＳＯＣが各基準を満足すると、ステップＳ４０３に処理が進む。
ステップＳ４０３：制御部５１は、劣化検知パルスを用いて、サブ電池１２の充放電を実施する。劣化検知パルスとは、例えば図６の左図に示すような、周期が２００ミリ秒程度（第１時間）の単発パルスである。制御部５１は、この劣化検知パルスを用いた充放電によって変化するサブ電池１２の電圧及び電流を観測する。例えば図６の左図に示すように、制御部５１は、放電ピーク時のサブ電池１２の電圧及び電流の組と、充電ピーク時のサブ電池１２の電圧及び電流の組とを取得できる。サブ電池１２の充放電が完了すると、ステップＳ４０４に処理が進む。
ステップＳ４０４：制御部５１は、サブ電池１２の現在の抵抗値Ｒ、サブ電池１２の現在のＳＯＣ（現ＳＯＣ）における出力達成温度Ｔ１、及びサブ電池１２のＳＯＣを所定の値Ｃ２に変化させたとき（ＳＯＣ＿Ｃ２）における出力達成温度Ｔ２を、それぞれ算出する。抵抗値Ｒ、出力達成温度Ｔ１、及び出力達成温度Ｔ２は、以下のようにして算出される。
サブ電池１２の抵抗値Ｒは、上記ステップＳ４０３において取得したサブ電池１２の電圧及び電流の組に基づいて算出される。抵抗値Ｒは、例えば図６の右図で示すように、放電ピーク時の電圧及び電流の組（白四角□）と充電ピーク時の電圧及び電流の組（黒四角■）とを電圧電流直交座標系上にプロットし、このプロットされた２つの座標を通る直線の傾きとして算出することができる。なお、プロットされた座標が３つ以上ある場合には、最小二乗法などを用いて求まる近似直線の傾きから抵抗値Ｒを算出すればよい。
出力達成温度Ｔ１は、現ＳＯＣにおいてサブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にあるときの温度であり、出力達成温度Ｔ２は、ＳＯＣ＿Ｃ２においてサブ電池１２がバックアップ電力を出力可能な状態にあるときの温度（第１温度）である。値Ｃ２は、自動運転時にサブ電池１２の充放電の制御中心となるＳＯＣ（第２蓄電量）であり、後述する手動運転時にサブ電池１２の充放電の制御中心となるＳＯＣである値Ｃ１（第１蓄電量）よりも小さく設定される（Ｃ１＞Ｃ２）。この出力達成温度Ｔ１及びＴ２は、サブ電池１２の現在の抵抗値Ｒ、所定の電池標準抵抗マップ、及びバックアップ電力が出力可能な所定の抵抗値Rrefを用いて算出される。
電池標準抵抗マップとは、図７に例示するように、電池の温度［℃］と電池のＳＯＣ［％］とをパラメータとして電池の抵抗値［Ω］を求めることができる二次元対応表である。この電池標準抵抗マップは、例えば、電池を用いた実験によって得た実測値に基づいて生成されてもよいし、電池のスペックを用いて演算された設計値に基づいて生成されてもよい。図７では、電池のＳＯＣ＝６０％かつ温度＝－１５℃であれば抵抗値Ｒ＝ｒ１５となり、電池のＳＯＣ＝４０％かつ温度＝５℃であれば抵抗値Ｒ＝ｒ５３となることを表している。
図８Ａ及び図８Ｂを参照して、具体的に説明する。サブ電池１２がＳＯＣ＝６０％かつ温度＝１０℃のときの実測値が抵抗値Ｒであった場合（図８Ａの右図網掛け箇所）を考える。この場合、まず、電池標準抵抗マップにおける条件が同じＳＯＣ＝６０％かつ温度＝１０℃であるときの抵抗値ｒ６５を参照する。次に、電池標準抵抗マップにおいて、予測したい条件の抵抗値と参照先の抵抗値ｒ６５との比率を求める。例えば、サブ電池１２がＳＯＣ＝４０％かつ温度＝０℃であるときの抵抗値Ｒ４３（図８Ａの右図太枠箇所）を予測したい場合は、電池標準抵抗マップにおいて条件が同じＳＯＣ＝４０％かつ温度＝０℃であるときの抵抗値ｒ４３と参照先の抵抗値ｒ６５との比率（＝ｒ４３／ｒ６５）を求める。そして、この求めた比率をサブ電池１２の実測値である抵抗値Ｒに乗算することで、サブ電池１２の抵抗値Ｒ４３を予測することができる（Ｒ４３＝Ｒ×ｒ４３／ｒ６５）。
同様の手順を用いて、サブ電池１２の現ＳＯＣであるＳＯＣ＝６０％のときの全温度（－１５～＋１５℃）における抵抗値Ｒ１３～Ｒ７３、及びサブ電池１２のＳＯＣ＿Ｃ２であるＳＯＣ＝４０％のときの全温度（－１５～＋１５℃）における抵抗値Ｒ１５～Ｒ７５が、それぞれ予測される（図８Ｂ）。
そして、現ＳＯＣ（６０％）であるときのサブ電池１２の抵抗値Ｒ１３～Ｒ７３、及びＳＯＣ＿Ｃ２（４０％）であるときのサブ電池１２の抵抗値Ｒ１３～Ｒ７３の予測が終了すると、最後に出力達成温度Ｔ１及びＴ２が算出される。出力達成温度Ｔ１及びＴ２の算出には、サブ電池１２に関して予め規定されたバックアップ電力が出力可能な抵抗値Rrefに基づいて決定される。例えば、サブ電池１２のＳＯＣ＝６０％において、Ｒ１５～Ｒ３５が抵抗値Rrefを満足する場合には、出力達成温度Ｔ１として－５℃が算出される。また、サブ電池１２のＳＯＣ＝４０％において、Ｒ１３～Ｒ２３が抵抗値Rrefを満足する場合には、出力達成温度Ｔ２として－１０℃が算出される。
ステップＳ４０５：制御部５１は、上記ステップＳ４０４で算出した出力達成温度Ｔ２が所定の判定温度Ｔ３未満か否かを判断する。判定温度Ｔ３は、バックアップ用として適切に使用できないほど電池が劣化しているか否かを判定するために予め設定された温度（第１基準温度）である。典型的には、判定温度Ｔ３は、電池の交換を必要と判断する温度とされる。この判断は、温度変化によってサブ電池１２をバックアップ電力が出力可能な抵抗値を満足させることはできるが、過度に温度を上昇させなければならないような場合には、バックアップ用として適切ではないと判定するために実施される。出力達成温度Ｔ２が判定温度Ｔ３未満である場合は（Ｓ４０５、はい）、ステップＳ４０６に処理が進み、出力達成温度Ｔ２が判定温度Ｔ３以上である場合は（Ｓ４０５、いいえ）、ステップＳ４０７に処理が進む。
ステップＳ４０６：制御部５１は、サブ電池１２がバックアップ電力を出力することが可能であると暫定的に判断する。バックアップ電力が出力可能と判断されると、ステップＳ４０８に処理が進む。
ステップＳ４０７：制御部５１は、サブ電池１２がバックアップ電力を出力することが不可能であると暫定的に判断する。バックアップ電力が出力不可能と判断されると、第１電池制御が終了する。
ステップＳ４０８：制御部５１は、サブ電池１２の温度が上記ステップＳ４０４で算出した出力達成温度Ｔ１以上か否かを判断する。この判断は、現在のサブ電池１２がバックアップ電力を出力可能である出力達成温度Ｔ１以上の状態にあるか否かを判断するために行われる。サブ電池１２の温度が出力達成温度Ｔ１以上である場合は（Ｓ４０８、はい）、ステップＳ４１０に処理が進み、サブ電池１２の温度が出力達成温度Ｔ１未満である場合は（Ｓ４０８、いいえ）、ステップＳ４０９に処理が進む。
ステップＳ４０９：制御部５１は、サブ電池１２の温度が出力達成温度Ｔ１に達するまで、サブ電池１２を加熱する。サブ電池１２の加熱はヒーター５３を用いて行われる。サブ電池１２の温度が出力達成温度Ｔ１に達すると、ステップＳ４１０に処理が進む。
ステップＳ４１０：制御部５１は、サブ電池１２の充放電の制御中心となるＳＯＣ（制御ＳＯＣ）を値Ｃ１に設定する。この値Ｃ１は、手動運転のときに設定されるサブ電池１２の制御ＳＯＣであり、手動運転から自動運転への切り替えを素早く行えるように、蓄電上限値に基づいて過充電とならない範囲で可能な限り高く設定されることが望ましい。サブ電池１２の制御ＳＯＣが値Ｃ１に設定されると、第１電池制御が終了する。
上記ステップＳ４０１～Ｓ４１０の処理に従った第１電池制御を実施することで、サブ電池１２の状態を短時間で暫定的に判断することができる。
（３）第２電池制御
図３のステップＳ３０９における第２電池制御では、図５Ａ及び図５Ｂに示す以下のステップＳ５０１～Ｓ５１６の処理が行われる。なお、図５Ａの処理と図５Ｂの処理とは、結合子Ｘ及び結合子Ｙでそれぞれ結ばれる。
ステップＳ５０１：制御部５１は、手動運転が自動運転に切り替わって、自動運転が開始された直後か否かを判断する。具体的には、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０８から処理が進んできた場合には自動運転が開始された直後であると判断され、ステップＳ３１３から処理が進んできた場合には自動運転が開始された直後ではないと判断される。自動運転の開始直後である場合は（Ｓ５０１、はい）、ステップＳ５０２に処理が進み、自動運転の開始直後ではない場合は（Ｓ５０１、いいえ）、ステップＳ５１２に処理が進む。
ステップＳ５０２：制御部５１は、サブ電池１２のＳＯＣが値Ｃ１以上であるか否かを判断する。サブ電池１２のＳＯＣが少なくとも値Ｃ１だけあれば、後述するバックアップに必要な実際の電流を放電する処理においてサブ電池１２のＳＯＣが２次系統機器２２の動作が停止するレベルまで低下しないため、この判断が行われる。サブ電池１２のＳＯＣが値Ｃ１以上である場合は（Ｓ５０２、はい）、ステップＳ５０４に処理が進み、サブ電池１２のＳＯＣが値Ｃ１未満である場合は（Ｓ５０２、いいえ）、ステップＳ５０３に処理が進む。
ステップＳ５０３：制御部５１は、サブ電池１２のＳＯＣが値Ｃ１になるまで、サブ電池１２を充電する。サブ電池１２の充電は、ＤＣＤＣコンバーター４３の電圧指示値を制御することで行われる。サブ電池１２のＳＯＣが値Ｃ１になると、ステップＳ５０４に処理が進む。
ステップＳ５０４：制御部５１は、バックアップに必要な実際の電流（バックアップ実電流）によるサブ電池１２の放電を開始する。このバックアップ実電流とは、緊急時にメイン電池１１に代わってサブ電池１２が、少なくとも車両を安全な場所へ退避させるまで２次系統機器２２を動作させるために必要な電流であり、例えば図９に示すような、所定の電流を長時間（第２時間。例えば１５秒）に亘って供給し続ける必要がある。バックアップ実電流を時間を掛けて流すため、上述した第１電池制御よりもサブ電池１２の状態を高精度に判断することができる。バックアップ実電流によるサブ電池１２の放電が開始されると、ステップＳ５０５に処理が進む。
ステップＳ５０５：制御部５１は、サブ電池１２の電圧の低下が正常であるか否かを判断する。この判断は、サブ電池１２に何らかの異常（セル異常など）があることを判断するために行われる。上記ステップＳ５０４では、図９に示すように一定値のバックアップ実電流を流しているため、放電開始時を除けばサブ電池１２の電圧は所定値（正値）未満の大きさの変化速度ｄで低下するものと考えられる。しかし、図１０の左図に示すように、サブ電池１２に何らかの異常がある場合には、サブ電池１２の電圧が所定値以上の大きさの変化速度ｄで急峻に大きく低下する現象が生じるので、この現象を判断してサブ電池１２の電圧が２次系統機器２２の動作を保証する最低保証電圧（一例として１０．５Ｖ）を下回らないようにする。なお、通常の車両走行時に発生する電動ブレーキや電動パワーステアリングの作動による正常な電圧低下と区別するために、突入電流に基づいた放電電流の変動の有無を検出した場合には（図１０の右図）、サブ電池１２の電圧が所定値以上の大きさの変化速度で低下しても正常と判断する。サブ電池１２の電圧低下が正常である場合は（Ｓ５０５、はい）、ステップＳ５０６に処理が進み、サブ電池１２の電圧低下が正常でない場合は（Ｓ５０５、いいえ）、ステップＳ５０７に処理が進む。
ステップＳ５０６：制御部５１は、サブ電池１２の電圧低下が正常であるため、バックアップ実電流によるサブ電池１２の放電が予定通り終了したか否かを判断する。サブ電池１２の放電が終了した場合は（Ｓ５０６、はい）、ステップＳ５０８に処理が進み、サブ電池１２の放電がまだ終了していない場合は（Ｓ５０６、いいえ）、ステップＳ５０５に処理が進む。
ステップＳ５０７：制御部５１は、サブ電池１２の電圧低下が異常であるため、サブ電池１２の放電を中止する。異常を判断した時点で放電を直ちに中止することで、サブ電池１２の電圧が最低保証電圧以下に低下することを回避し、２次系統機器２２の動作停止を防止できる。サブ電池１２の放電を中止した後、ステップＳ５１７に処理が進む。
ステップＳ５０８：制御部５１は、サブ電池１２が、最低保証電圧を維持しつつ、２次系統機器２２に供給することが可能な実際の電力（出力可能電力Ｐ）を算出する。この出力可能電力Ｐは、バックアップ実電流による放電が終了した時点におけるサブ電池１２の電圧値（放電後降下電圧Ｖｅｎｄ）と放電期間中にサブ電池１２から流した電流の平均値（平均電流Ｉａｖｅ）とに基づいて、下記式［１］から算出可能である（図９を参照）。出力可能電力Ｐが算出されると、ステップＳ５０９に処理が進む。
出力可能電力Ｐ ＝ 放電後降下電圧Ｖｅｎｄ × 平均電流Ｉａｖｅ …［１］
ステップＳ５０９：制御部５１は、上記ステップＳ５０８で算出したサブ電池１２の出力可能電力Ｐが、所定の保証温度Ｔ４における電力条件を満足するか否かを判断する。保証温度Ｔ４は、使用開始からそれほど時間が経過しておらず電池の経年劣化が小さい場合に、バックアップの実行可能を保証したいサブ電池１２の最低温度（第２基準温度）である。この判断は、所定の判定マップに基づいて行われる。判定マップは、サブ電池１２の温度［℃］とＳＯＣ［％］とをパラメータとしてバックアップを実行可能な出力可能電力Ｐが示された二次元対応表である。
図１１Ａに、保証温度Ｔ４＝－１５℃における判定マップの一例を示す。図１１ＡのＴ４判定マップは、温度＝－１５℃かつＳＯＣ＝４０％においてサブ電池１２がバックアップの実行を可能とするために、各状態においてサブ電池１２が満足すべき出力可能電力Ｐの値（Ｐ１１～Ｐ５３）を示している。例えば、温度＝０℃かつＳＯＣ＝４５％であるときに算出したサブ電池１２の出力可能電力Ｐが、Ｔ４判定マップで示される出力可能電力Ｐ４２以上であれば、サブ電池１２が温度＝－１５℃かつＳＯＣ＝４０％に変化してもバックアップの実行可能を保証できるものと判定される。
よって、このステップＳ５０９では、上記ステップＳ５０８で算出されたサブ電池１２の出力可能電力Ｐが、その算出時におけるサブ電池１２の温度及びＳＯＣに対応したＴ４判定マップの出力可能電力Ｐ以上であるか否かを判定することによって、保証温度Ｔ４における電力条件を満足するか否かを判断する。出力可能電力Ｐが保証温度Ｔ４における電力条件を満足する場合は（Ｓ５０９、はい）、ステップＳ５１１に処理が進み、出力可能電力Ｐが保証温度Ｔ４における電力条件を満足しない場合は（Ｓ５０９、いいえ）、ステップＳ５１０に処理が進む。
ステップＳ５１０：上記ステップＳ５０９において出力可能電力Ｐが保証温度Ｔ４における電力条件を満足しないため、制御部５１は、経年劣化によってサブ電池１２の出力が低下していると判定し、次にサブ電池１２の出力可能電力Ｐが所定の保証温度Ｔ５における電力条件を満足するか否かを判断する。この保証温度Ｔ５は、劣化が進んでいるサブ電池１２をヒーター５３で温度管理しながら継続使用する場合において、バックアップの実行可能を保証したいサブ電池１２の最低温度（第２基準温度）であり、上記保証温度Ｔ４よりも高く設定される。この判断も、サブ電池１２の温度［℃］とＳＯＣ［％］とをパラメータとしてバックアップを実行可能な出力可能電力Ｐが示された判定マップに基づいて行われる。
図１１Ｂに、保証温度Ｔ５＝－１０℃における判定マップの一例を示す。図１１ＢのＴ５判定マップは、温度＝－１０℃かつＳＯＣ＝４０％においてサブ電池１２がバックアップの実行を可能とするために、各状態においてサブ電池１２が満足すべき出力可能電力Ｐの値（Ｐ１１１～Ｐ１４３）を示している。例えば、温度＝０℃かつＳＯＣ＝４５％であるときに算出したサブ電池１２の出力可能電力Ｐが、Ｔ５判定マップで示される出力可能電力Ｐ１３２以上であれば、サブ電池１２が温度＝－１０℃かつＳＯＣ＝４０％に変化してもバックアップの実行可能を保証できるものと判定される。
よって、このステップＳ５１０では、上記ステップＳ５０８で算出されたサブ電池１２の出力可能電力Ｐが、その算出時におけるサブ電池１２の温度及びＳＯＣに対応したＴ５判定マップの出力可能電力Ｐ以上であるか否かを判定することによって、保証温度Ｔ５における電力条件を満足するか否かを判断する。出力可能電力Ｐが保証温度Ｔ５における電力条件を満足する場合は（Ｓ５１０、はい）、ステップＳ５１２に処理が進み、出力可能電力Ｐが保証温度Ｔ５における電力条件を満足しない場合は（Ｓ５１０、いいえ）、ステップＳ５１７に処理が進む。
なお、上記ステップＳ５０９及びＳ５１０では、２つの保証温度Ｔ４及びＴ５を用いて、サブ電池１２の出力可能電力Ｐが所定の電力条件を満足するか否かの判断を行う場合を説明した。しかし、この判断は、保証温度Ｔ４だけで行ってもよいし、サブ電池１２の経年劣化による出力の低下具合（劣化度）に応じて３つ以上の保証温度を段階的に用いて行ってもよい。
ステップＳ５１１：制御部５１は、保証温度Ｔ４を監視温度として設定する。監視温度は、実行中の自動運転を継続すべきか否かを判断するための基準である。監視温度が設定されると、ステップＳ５１３に処理が進む。
ステップＳ５１２：制御部５１は、保証温度Ｔ５を監視温度として設定する。監視温度が設定されると、ステップＳ５１３に処理が進む。
ステップＳ５１３：制御部５１は、サブ電池１２の充放電の制御中心となるＳＯＣ（制御ＳＯＣ）を値Ｃ２に設定する。この値Ｃ２は、自動運転のときに設定されるサブ電池１２の制御ＳＯＣであり、１次系統機器２１よりも耐久電圧が低い２次系統機器２２に応じて適切に設定されることが望ましい。サブ電池１２の制御ＳＯＣが値Ｃ２に設定されると、ステップＳ５１４に処理が進む。
ステップＳ５１４：制御部５１は、サブ電池１２のＳＯＣが値Ｃ２で制御可能か否かを判断する。この判断は、上記ステップＳ５１３において制御ＳＯＣを値Ｃ２に設定したものの、実際の動作においてサブ電池１２を値Ｃ２で制御できない状況（異常や劣化）を検出するために行われる。サブ電池１２のＳＯＣを値Ｃ２で制御可能である場合は（Ｓ５１４、はい）、ステップＳ５１５に処理が進み、サブ電池１２のＳＯＣを値Ｃ２で制御不可能である場合は（Ｓ５１４、いいえ）、ステップＳ５１７に処理が進む。
ステップＳ５１５：制御部５１は、サブ電池１２の温度が監視温度以上であるか否かを判断する。この判断は、サブ電池１２の温度が上記保証温度（Ｔ４又はＴ５）よりも低下していないかを検出するために行われる。サブ電池１２の温度が監視温度以上である場合は（Ｓ５１５、はい）、ステップＳ５１６に処理が進み、サブ電池１２の温度が監視温度未満である場合は（Ｓ５１５、いいえ）、ステップＳ５１７に処理が進む。
ステップＳ５１６：制御部５１は、サブ電池１２がバックアップ電力を出力することが可能であると判断する。この出力可能が判断されると、第２電池制御が終了する。
ステップＳ５１７：制御部５１は、サブ電池１２がバックアップ電力を出力することが不可能であると判断する。この出力不可能が判断されると、第２電池制御が終了する。
上記ステップＳ５０１～Ｓ５１７の処理に従った第２電池制御を実施することで、サブ電池１２の状態をバックアップ実電流を用いて精度よく判断することができる。
（４）タイミングチャート
図１２及び図１３を参照して、本実施形態に係る車両用電池制御装置１において、ドライバーから要求された自動運転を素早く実行することができることを説明する。図１２は、本実施形態に係る車両用電池制御装置１における自動運転の実行タイミングを示す図である。図１３は、従来の車両用電池制御装置における自動運転の実行タイミングを示す図である。
図１２に示す本車両用電池制御装置１では、手動運転の段階で第１電池制御を実施して、自動運転を許可している（タイミング（１））。これにより、実際に自動運転要求が発生すると（タイミング（２））直ちに自動運転を開始することができる。この自動運転の実行と並行して第２電池制御を実施し、その後にサブ電池１２で自動運転のバックアップが可能であることを精度よく判断できれば（タイミング（３））、自動運転をそのまま継続する。
これに対して、図１３に示す従来の車両用電池制御装置では、実際に自動運転要求が発生してから電池制御を実施する。このため、実際に自動運転要求が発生しても（タイミング（２））、判断ができるまで自動運転を開始することができない（タイミング（３））。よって、タイミング（２）からタイミング（３）までの期間分、自動運転の開始が遅れることになる。
なお、例えば寒冷地などサブ電池１２の温度が低くＳＯＣが低下しているような状況では、図１４に示すように、イグニッションＯＮと同時にヒーター５３でサブ電池１２を温めて温度を上昇させてもよい。これにより、イグニッションＯＮ後に短時間で出力電力を確保することができ、素早く自動運転を許可状態にすることが可能となる。
［作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る車両用電池制御装置１によれば、イグニッションオン後の手動運転の期間に、サブ電池１２の状態を短時間で推定し（第１電池制御）、その推定結果に基づいてサブ電池１２が自動運転の退避走行時に必要なバックアップ電力を出力可能であるか否かを暫定的に判断する（第１電池制御）。そして、サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能であると暫定的に判断できれば、自動運転を直ちに許可できる状態にする。これにより、ドライバーなどから自動運転の要求がある前にサブ電池１２がバックアップ電力を出力可能であると暫定的に判断できていれば、自動運転を許可状態とした後に要求された自動運転を素早く実行することができる。
また、本実施形態に係る車両用電池制御装置１によれば、自動運転を許可した後にドライバーなどからの要求に応じて自動運転を実際に実行すると、自動運転の退避走行時に必要とされるバックアップ電流を実際に流して、サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能であるか否かを高精度に判断する（第２電池制御）。これにより、サブ電池１２がバックアップ電力を出力可能であることを確実に判断することができる。
また、本実施形態に係る車両用電池制御装置１によれば、第２電池制御によるサブ電池１２の放電中にサブ電池１２の出力電圧が所定値以上の大きさの変化速度で低下したと判断した場合、サブ電池１２の放電を停止する。これにより、サブ電池１２の電圧が２次系統機器２２の動作を保証する最低保証電圧以下に低下することを回避し、２次系統機器２２の動作停止を防止できる。
さらに、本実施形態に係る車両用電池制御装置１によれば、自動運転時におけるサブ電池１２の充放電の制御中心となる制御ＳＯＣ（ＳＯＣ＿Ｃ２）を、２次系統機器２２の耐久電圧に基づいて設定する。この制御により、自動運転時には２次系統機器２２の保護とバックアップの保証とを両立させることができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、車両用電池制御装置、車両用電池制御装置を含んだ電源システム、車両用電池制御装置が実行する電池制御方法、電池制御プログラム及び当該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、あるいは車両用電池制御装置を搭載した車両として捉えることができる。
本発明の車両用電池制御装置は、自動運転のバックアップ用の電池を備えた車両などに利用可能である。
１ 車両用電池制御装置
１１ メイン電池
１２ サブ電池
２１ １次系統機器
２２ ２次系統機器
３０ 電力供給部
４０ 接続切り替え回路
４１ 第１スイッチ
４２ 第２スイッチ
４３ ＤＣＤＣコンバーター
５１ 制御部
５２ センサー
５３ ヒーター

Claims (7)

  1. 自動運転時にメイン電池をバックアップ可能なサブ電池を制御する車両用電池制御装置であって、
    前記サブ電池の電流、電圧、及び温度に関する情報を取得するセンサーと、
    前記メイン電池と前記サブ電池との間に設けられるＤＣＤＣコンバーターと、
    手動運転時と自動運転時とで前記サブ電池の接続状態を切り替える切り替え部と、
    前記センサーが取得した情報に基づいて前記ＤＣＤＣコンバーター及び前記切り替え部を制御し、前記サブ電池の充放電を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    イグニッションオン後の手動運転の期間に、前記サブ電池が自動運転の退避走行時に必要なバックアップ電力を出力可能であるか否かを、所定の第１電池制御を行って暫定的に判断し、
    前記第１電池制御を行って前記サブ電池が前記バックアップ電力を出力可能と判断した場合に自動運転を許可し、
    自動運転を許可した後、所定の要求に応じて自動運転を実行し、かつ、前記サブ電池が前記バックアップ電力を出力可能であるか否かを、前記第１電池制御よりも精度が高い所定の第２電池制御を行って判断する、
    車両用電池制御装置。
  2. 前記制御部は、
    前記第１電池制御として、所定の第１時間による所定の充放電を前記サブ電池に実施し、当該充放電時の電流及び電圧の変化に基づいて前記サブ電池の抵抗値を算出し、当該算出した抵抗値に基づいて得られるバックアップに必要な抵抗値及び蓄電量を満たしたときの前記サブ電池の第１温度が、所定の第１基準温度未満であるか否かを推定し、
    前記サブ電池の第１温度が前記第１基準温度未満であると推定した場合に、前記サブ電池が前記バックアップ電力を出力可能であると判断する、
    請求項１に記載の車両用電池制御装置。
  3. 前記制御部は、
    前記第２電池制御として、前記第１時間よりも長い所定の第２時間による所定の放電を前記サブ電池に実施し、当該放電中の平均電流及び放電後の降下電圧を算出し、当該算出した平均電流及び降下電圧に基づいて得られる前記サブ電池の出力可能電力が、所定の第２基準温度において前記サブ電池に要求される前記バックアップ電力以上であるか否かを判定し、
    前記サブ電池の出力可能電力が前記第２基準温度において前記サブ電池に要求される前記バックアップ電力以上であると判定した場合に、前記サブ電池が前記バックアップ電力を出力可能であると判断する、
    請求項２に記載の車両用電池制御装置。
  4. 前記制御部は、前記サブ電池の放電として自動運転の退避走行時に必要とされる電流を流す、
    請求項３に記載の車両用電池制御装置。
  5. 前記制御部は、前記第２電池制御による前記サブ電池の放電中に前記サブ電池の出力電圧が所定値以上の大きさの変化速度で低下したと判断した場合、前記サブ電池の放電を停止する、
    請求項３又は４に記載の車両用電池制御装置。
  6. 前記制御部は、前記第２基準温度を前記サブ電池の劣化度に応じて複数設けている、
    請求項３乃至５のいずれかに記載の車両用電池制御装置。
  7. 前記制御部は、前記サブ電池の蓄電量を、手動運転時には蓄電上限値に基づいて設定される第１蓄電量に制御し、自動運転時には前記第１蓄電量よりも低く、かつ、自動運転時に前記サブ電池と電気的に接続される車載機器の耐久電圧に基づいて設定される第２蓄電量に制御する、
    請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用電池制御装置。
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