JP7276172B2 - 車両用制御装置、方法、プログラム、及び車両 - Google Patents

車両用制御装置、方法、プログラム、及び車両 Download PDF

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Description

本開示は、リチウムイオン電池を搭載した車両に用いられる車両用制御装置などに関する。
リチウムイオン電池は、蓄電率（ＳＯＣ：State Of Charge）が高い状態でさらに充電が行われると、電池劣化につながるリチウム金属が析出する現象（リチウム析出）が生じる。そのため、リチウムイオン電池の蓄電率を制御してリチウム析出の発生を抑える提案や、リチウム析出量を推定してリチウムイオン電池の適切な交換時期を検知する提案など、が行われている。
特許文献１には、リチウムイオン電池を用いた電源システムが開示されている。この特許文献１では、リチウムイオン電池の温度に応じて許容電流を算出し、その算出した許容電流の範囲で充電を行うことで、リチウムイオン電池の蓄電率が所定の高い値を越えないようにしている。
特開２０１９－１２５５５８号公報
上記特許文献１に記載の許容電流による充電制御は、電流センサーで検出可能な充電電流については有効である。しかしながら、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering system）を採用した車両においては、例えばドライバーが行うステアリングホイールを左旋回方向又は右旋回方向の最大操舵位置まで回転させる操舵（以下「ステアリングのエンド当て操舵」という）に起因してＥＰＳモーターから生じる回生電流は、リチウムイオン電池に流入する時間が３０ミリ秒程度と短い。このため、例えば１００ミリ秒といった検出周期が大きい電流センサーでは、ステアリングのエンド当て操舵によってＥＰＳモーターから生じる回生電流を検出することができない。電流センサーによるリチウムイオン電池の充電電流の検出精度が低下すると、推定による累積リチウム析出量と実際の累積リチウム析出量とが乖離し、リチウムイオン電池の適切な交換時期を報知することができない虞がある。
本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、リチウムイオン電池の状態を適切に判断し、リチウムイオン電池の交換が必要になったことを好適に報知することができるリチウムイオン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、本開示技術の一態様は、リチウムイオン電池を搭載した車両に用いられる車両用制御装置であって、ステアリングホイールの回転角度である舵角の絶対値が第１閾値を超えたか否かを判断する判断部と、判断部によって舵角の絶対値が第１閾値を超えたと判断されたとき、車両から取得する車両情報に基づいて、リチウムイオン電池に流入する回生電流によってリチウムイオン電池に析出するリチウム金属の量であるリチウム析出量を推定する推定部と、推定部で推定されたリチウム析出量に基づいて、車両が第１状態にあることを報知する指示を行う報知指示部と、を備える。
上記本開示のリチウムイオン電池制御装置によれば、リチウムイオン電池に流入する回生電流に応じたリチウム析出量を好適に推定することができるので、リチウムイオン電池が第１状態になったことを適切に判断できる。よって、例えば、第１状態をリチウムイオン電池の交換時期に設定しておくことで、リチウムイオン電池の交換が必要になったことを好適に報知することができる。
本実施形態に係る車両用制御装置を含む車両操舵システムの概略構成図 リチウムイオン電池のリチウム析出量推定制御の処理フローチャート ステアリングホイールの舵角速度とリチウムイオン電池のリチウム析出量との相関関係の一例 リチウムイオン電池の蓄電率とリチウム析出量との相関関係の一例 リチウムイオン電池の温度とリチウム析出量との相関関係の一例
＜実施形態＞
本開示の車両用制御装置は、ステアリングホイールの舵角情報に基づいてステアリングのエンド当て操舵の状態を判断し、そのエンド当て操舵に起因するリチウムイオン電池のリチウム析出量を推定する。これにより、ＥＰＳモーターからリチウムイオン電池に流入する回生電流を電流センサーが検知できない場合であっても、累積リチウム析出量を求めて電池の交換時期を把握することができるので、リチウムイオン電池の交換が必要になったことを好適に報知することができる。
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。
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る車両用制御装置を含む車両操舵システム１の概略構成を示すブロック図である。図１において、車両操舵システム１は、ステアリングホイール１０と、操舵輪２０と、舵角センサー３０と、ＥＰＳ－ＥＣＵ４０と、モーター制御部５０と、ＥＰＳモーター６０と、リチウムイオン電池７０と、本実施形態に係る制御装置８０と、ディスプレイ９０と、を備えている。
ＥＰＳ－ＥＣＵ４０、制御装置８０、及びディスプレイ９０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内ネットワーク１００を介して通信可能に接続されている。また、リチウムイオン電池７０は、電力線１１０を介して充放電可能にＥＰＳモーター６０と接続されている。
ステアリングホイール１０と操舵輪２０とは、図示しないステアリング機構（ステアリングシャフト、タイロッド、ギア部などを含む）によって、ステアリングホイール１０の操舵による回転運動を、操舵輪２０を車幅方向に転舵させる運動に変換して伝達することが可能に連結されている。
舵角センサー３０、ＥＰＳ－ＥＣＵ４０、モーター制御部５０、及びＥＰＳモーター６０は、電気によってステアリング操舵を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を構成する。
舵角センサー３０は、ステアリングホイール１０と一体的に回転動作を行うステアリングシャフト（図示せず）に取り付けられており、ドライバーによって操舵されるステアリングホイール１０の中立位置からの回転角度を舵角として検出する。一例として、舵角センサー３０は、ステアリングホイール１０の中立位置をゼロとし、左旋回方向の舵角を正の値として及び右旋回方向の舵角を負の値として検出する。
ＥＰＳ－ＥＣＵ４０は、電動パワーステアリング装置の制御を司る電子制御ユニット（Electronic Control Unit）である。ＥＰＳ－ＥＣＵ４０は、舵角センサー３０で検出された舵角を含む情報（以下「舵角情報」という）を逐次取得し、この取得した舵角情報に基づいて、操舵輪２０を転舵させるための駆動指示をモーター制御部５０に出力する。また、ＥＰＳ－ＥＣＵ４０は、舵角センサー３０から取得した舵角情報を、車内ネットワーク１００を介して制御装置８０に送信する。
モーター制御部５０は、ＥＰＳ－ＥＣＵ４０から受信する駆動指示に従って、ＥＰＳモーター６０の回転を制御する。
ＥＰＳモーター６０は、モーター制御部５０の制御に従って回転し、ステアリングホイール１０の操舵を補助するためのアシストトルクをステアリングシャフト（図示せず）に発生させる。このＥＰＳモーター６０は、電力線１１０を介して、回転するための電力がリチウムイオン電池７０から供給（放電）される。また、ＥＰＳモーター６０は、路面からの入力などの操舵輪２０の転舵方向とは逆方向の入力によって発生する回生電流を、電力線１１０を介して、リチウムイオン電池７０へ供給（充電）することができる。
リチウムイオン電池７０は、充放電可能に構成された二次電池であり、車両に搭載される補機的な電子機器（ヘッドランプや室内灯などの灯火類、ヒーターやクーラーなどの空調類、及び自動運転や先進運転支援の装置など）に電力を供給するための、いわゆる補機バッテリーである。リチウムイオン電池７０の状態は、制御装置８０によって監視されている。
制御装置８０は、舵角センサー３０が検出した舵角情報をＥＰＳ－ＥＣＵ４０から車内ネットワーク１００を介して受信する。そして、制御装置８０は、受信した舵角情報に基づいて、ステアリングホイール１０を左旋回方向又は右旋回方向の最大操舵位置まで回転させるステアリングのエンド当て操舵が行われたか否かを判断する。
また、制御装置８０は、車両情報を取得する。具体的には、制御装置８０は、電圧、電流、及び温度を検出するセンサー（図示せず）などを用いてリチウムイオン電池７０の状態を監視し、これらのセンサーによって検出された各種の情報に基づいて、リチウムイオン電池７０の温度及び蓄電率（ＳＯＣ）を車両情報として取得する。蓄電率は、電圧及び電流を用いた周知の手法によって導出することが可能である。さらに、制御装置８０は、ＥＰＳ－ＥＣＵ４０から受信した舵角情報に基づいて、ドライバーによって操舵操作されたステアリングホイール１０の舵角変化を表す舵角速度を車両情報として取得する。
また、制御装置８０は、車両情報として取得した舵角速度、リチウムイオン電池７０の温度、及びリチウムイオン電池７０の蓄電率の少なくとも１つに基づいて、ステアリングのエンド当て操舵が行われたことに起因して発生するリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を推定する。そして、制御装置８０は、推定したリチウム析出量の累積値に基づいてリチウムイオン電池７０が電池交換を必要とする状態（第１状態）になったことを判断し、リチウムイオン電池７０の交換時期に関する情報を報知するように要求する報知指示を、車内ネットワーク１００を介してディスプレイ９０に送信する。
この制御装置８０の全て又は一部は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェースを含んだ電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成され得る。電子制御ユニットでは、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上述したエンド当て操舵の判断、リチウム析出量の推定、電池交換時期に関する報知指示の各機能が実現される。
ディスプレイ９０は、制御装置８０から受信する報知指示に従って、要求された情報をメッセージで表示することができる表示デバイスである。このディスプレイ９０には、例えば、メーター装置に設けられたマルチインフォメーションディスプレイ（ＭＩＤ）、センターディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、及びナビゲーションシステムのディスプレイなどを用いることができる。
［制御］
図２をさらに参照して、本実施形態に係る制御装置８０が行う制御を説明する。図２は、制御装置８０が実行するリチウムイオン電池７０のリチウム析出量推定制御の処理手順を示すフローチャートである。
図２に示すリチウム析出量推定制御は、リチウムイオン電池７０が車両に初めて搭載（接続）された後や、搭載しているリチウムイオン電池７０が新品に交換された後などに、開始される。
ステップＳ２０１：制御装置８０は、記憶している累積リチウム析出量をゼロにリセットして初期化する。累積リチウム析出量とは、後述する処理によってリチウムイオン電池７０のリチウム析出量が推定されるごとに、その推定されたリチウム析出量を累積的に積算することで得られる値である。累積リチウム析出量がリセットされると、ステップＳ２０２に処理が進む。
ステップＳ２０２：制御装置８０は、舵角センサー３０で検出される舵角情報をＥＰＳ－ＥＣＵ４０から取得する。舵角情報には、ドライバーによって操舵されるステアリングホイール１０の舵角を示す情報が含まれる。舵角情報が取得されると、ステップＳ２０３に処理が進む。
ステップＳ２０３：制御装置８０は、舵角情報に基づいて、ステアリングホイール１０の舵角の絶対値が第１閾値を超えたか否かを判断する。この第１閾値は、リチウム析出量の推定に影響を与える回生電流がリチウムイオン電池７０に流入する可能性があるか否かに基づいて設定される所定の角度である。典型的には、ステアリングがエンド当て操舵されるときのステアリングホイール１０の舵角である。ステアリングホイール１０が実際にエンド当て操舵状態となる角度そのものを第１閾値としてもよいし、エンド当て操舵状態となる角度よりも予め定めたマージン分だけ小さくした角度を第１閾値としてもよい。このマージン分には、舵角センサー３０の検出誤差分などを含めることができる。ステアリングホイール１０を操作可能な範囲が車両によって予め定められているため、ステアリングホイール１０の舵角に基づいてステアリングがエンド当て操舵状態になったか否かを判定することができる。
ステアリングホイール１０の舵角の絶対値が第１閾値を超えた場合は（ステップＳ２０３、はい）、ステップＳ２０４に処理が進む。一方、ステアリングホイール１０の舵角の絶対値が第１閾値を超えていない場合は（ステップＳ２０３、いいえ）、ステップＳ２０２に処理が進む。
ステップＳ２０４：制御装置８０は、車両情報を取得する。車両情報は、ステアリングホイール１０の舵角変化を表す舵角速度、リチウムイオン電池７０の温度、及びリチウムイオン電池７０の蓄電率（ＳＯＣ）の少なくとも１つが含まれる。なお、制御装置８０は、舵角速度、リチウムイオン電池７０の温度、及びリチウムイオン電池７０の蓄電率の全てを取得する必要はなく、後述するステップＳ２０５の処理で使用する情報だけを取得すれば足りる。車両情報が取得されると、ステップＳ２０５に処理が進む。
ステップＳ２０５：制御装置８０は、取得した車両情報に基づいて、舵角の絶対値が第１閾値を超えたことに起因して発生するリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を推定する。この推定は、ステアリングホイール１０の舵角の絶対値が第１閾値を超えた際における、舵角変化率の瞬時値である舵角速度、リチウムイオン電池７０の温度、及びリチウムイオン電池７０の蓄電率のうち、少なくとも１つに基づいて行われる。
図３は、ステアリングホイール１０の舵角速度とリチウムイオン電池７０のリチウム析出量との相関関係の一例を示す図である。図３に示すように、舵角速度が大きくなるほどリチウム析出量が多くなる。図４は、リチウムイオン電池７０の蓄電率とリチウム析出量との相関関係の一例を示す図である。図４に示すように、リチウムイオン電池７０の蓄電率が高くなるほどリチウム析出量が多くなる。図５は、リチウムイオン電池７０の温度とリチウム析出量との相関関係の一例を示す図である。図５に示すように、リチウムイオン電池７０の温度が低くなるほどリチウム析出量が多くなる。制御装置８０は、この相関関係に基づいて、リチウムイオン電池７０のリチウム析出量を推定する。なお、このような相関関係は、事前にリチウムイオン電池７０の評価を行うことで導出することが可能である。
舵角速度、電池の蓄電率、及び電池の温度のいずれか２つのパラメータを使用してリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を推定する場合には、２つのパラメータによる相関関係を２次元マップ化してリチウム析出量を推定することができる。また、舵角速度、電池の蓄電率、及び電池の温度の全パラメータを使用してリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を推定する場合には、これら３つのパラメータによる相関関係を３次元マップ化してリチウム析出量を推定することができる。
ステップＳ２０６：制御装置８０は、上記ステップＳ２０５において推定したリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を、これまでの累積リチウム析出量に積算して記憶する。リチウム析出は、その析出量が蓄積されることによってリチウムイオン電池７０の性能劣化を促進させる。このため、析出したリチウムの量を逐次積算して、これまでに析出したリチウムの総量（生涯析出量）を把握する必要がある。リチウム析出量の積算が終わると、ステップＳ２０７に処理が進む。
ステップＳ２０７：制御装置８０は、累積リチウム析出量が第２閾値に達したか否かを判断する。この第２閾値は、リチウムイオン電池７０の劣化を判断するための所定の値である。例えば、リチウムイオン電池７０の事前の評価において、リチウムイオン電池７０が所定の性能基準よりも劣化してしまうリチウム析出量や所定の安全基準を担保できなくなるリチウム析出量を明らかにすることで、好適な第２閾値を設定することができる。
累積リチウム析出量が第２閾値に達した場合は（ステップＳ２０７、はい）、ステップＳ２０８に処理が進む。一方、累積リチウム析出量が第２閾値に達していない場合は（ステップＳ２０７、いいえ）、ステップＳ２０２に処理が進む。
ステップＳ２０８：制御装置８０は、リチウムイオン電池７０が交換を必要とする状態になったことを報知するように要求する報知指示を、ディスプレイ９０に送信する。この報知指示によって、例えば、リチウムイオン電池７０の交換を促すメッセージなどがディスプレイ９０に表示される。なお、報知する手法としては、ディスプレイ９０にメッセージなどを表示させる以外にも、スピーカー（図示せず）などから音や音声を発生させたりすることも可能である。報知指示が行われると、本リチウム析出量推定制御が終了する。
なお、上記実施形態では、リチウムイオン電池７０の交換を必要とする報知の指示を、車両に搭載されたディスプレイ９０に対して要求する場合を説明した。しかしながら、報知指示は、ディスプレイ９０に加えて又は代えて、例えば、車両のディーラーが管理する設備や車両と通信を行う車両管理センターなどに要求してもよい。このような報知を行うことによって、例えば、ディスプレイ９０を通じて報知を受けた車両のユーザーがリチウムイオン電池７０を交換していないような場合であっても、ディーラーのセールス担当者や車両管理センターのオペレーターなどの第三者が、ユーザーに対してリチウムイオン電池７０の交換を促すことができる。
また、上記実施形態では、制御装置８０が、舵角センサー３０が検出した舵角情報をＥＰＳ－ＥＣＵ４０から受信し、その受信した舵角情報に基づいて、ステアリングのエンド当て操舵が行われたことを判断し及びその判断時点におけるステアリングホイール１０の舵角速度を取得する場合を説明した。しかしながら、このステアリングのエンド当て操舵が行われたことの判断及びステアリングホイール１０の舵角速度の取得をＥＰＳ－ＥＣＵ４０が実行して、これらの判断結果及び舵角速度をＥＰＳ－ＥＣＵ４０が車内ネットワーク１００を介して制御装置８０に送信するようにしてもよい。
［作用・効果］
以上のように、本開示の一実施形態に係る車両用制御装置によれば、舵角センサー３０が検出したステアリングホイール１０の舵角情報に基づいて、ステアリングのエンド当て操舵の状態を判断し、そのエンド当て操舵に起因するリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を推定する。そして、推定したリチウム析出量は累積していき、累積されたリチウム析出量によってリチウムイオン電池７０の劣化を判断する。
この制御により、ステアリングのエンド当て操舵に起因してＥＰＳモーター６０からリチウムイオン電池７０に流入する回生電流を電流センサーが検知できない場合であっても、その回生電流に応じてリチウムイオン電池７０に析出するリチウム金属の量を推定することができる。よって、ＥＰＳモーター６０から生じる回生電流に応じたリチウムイオン電池７０のリチウム析出量を好適に推定することができるので、電池交換が必要になったことを好適に報知することができる。
以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、制御装置だけでなく、プロセッサとメモリを備えた制御装置が実行するリチウム析出量推定制御方法、その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、あるいは制御装置を含む車両操舵システムを搭載した車両などとして捉えることが可能である。
本開示の車両用制御装置は、リチウムイオン電池を搭載した電動パワーステアリング機能付きの車両などに利用可能である。
１ 車両操舵システム
１０ ステアリングホイール
２０ 操舵輪
３０ 舵角センサー
４０ ＥＰＳ－ＥＣＵ
５０ モーター制御部
６０ ＥＰＳモーター
７０ リチウムイオン電池
８０ 制御装置
９０ ディスプレイ
１００ 車内ネットワーク
１１０ 電力線

Claims (8)

  1. リチウムイオン電池を搭載した車両に用いられる車両用制御装置であって、
    ステアリングホイールを左旋回方向又は右旋回方向の最大操舵位置まで回転させるステアリングのエンド当て操舵が行われたか否かを判断する判断部と、
    前記判断部によって前記ステアリングのエンド当て操舵が行われたと判断されたとき、前記車両から取得する車両情報に基づいて、前記リチウムイオン電池に流入する回生電流によって前記リチウムイオン電池に析出するリチウム金属の量であるリチウム析出量を推定する推定部と、
    前記推定部で推定された前記リチウム析出量に基づいて、前記車両が前記リチウムイオン電池の交換が必要な状態にあることを報知する指示を行う報知指示部と、を備える、
    車両用制御装置。
  2. 前記判断部は、前記車両に搭載された舵角センサーから取得する舵角情報に基づいて、前記ステアリングのエンド当て操舵が行われたか否かを判断する、
    請求項１に記載の車両用制御装置。
  3. 前記報知指示部は、前記推定部で推定された前記リチウム析出量を累積し、前記累積したリチウム析出量が所定の閾値に達した場合に、前記車両が前記リチウムイオン電池の交換が必要な状態にあることを報知する、
    請求項１又は２に記載の車両用制御装置。
  4. 前記車両情報は、前記ステアリングホイールが操舵操作された際の舵角速度、前記リチウムイオン電池の温度、及び前記リチウムイオン電池の蓄電率のうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用制御装置。
  5. 前記報知指示部は、前記車両のユーザー、前記車両のディーラー、及び前記車両と通信を行う車両管理センターのうちの少なくとも１つに、前記車両が前記リチウムイオン電池の交換が必要な状態にあることを報知する、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用制御装置。
  6. リチウムイオン電池を搭載した車両に用いられる車両用制御装置のコンピューターが実行する制御方法であって、
    ステアリングホイールを左旋回方向又は右旋回方向の最大操舵位置まで回転させるステアリングのエンド当て操舵が行われたか否かを判断する判断ステップと、
    前記判断ステップによって前記ステアリングのエンド当て操舵が行われたと判断されたとき、前記車両から取得する車両情報に基づいて、前記リチウムイオン電池に流入する回生電流によって前記リチウムイオン電池に析出するリチウム金属の量であるリチウム析出量を推定する推定ステップと、
    前記推定ステップで推定された前記リチウム析出量に基づいて、前記車両が前記リチウムイオン電池の交換が必要な状態にあることを報知する指示を行う報知指示ステップと、を含む、
    制御方法。
  7. リチウムイオン電池を搭載した車両に用いられる車両用制御装置のコンピューターに実行させる制御プログラムであって、
    ステアリングホイールを左旋回方向又は右旋回方向の最大操舵位置まで回転させるステアリングのエンド当て操舵が行われたか否かを判断する判断ステップと、
    前記判断ステップによって前記ステアリングのエンド当て操舵が行われたと判断されたとき、前記車両から取得する車両情報に基づいて、前記リチウムイオン電池に流入する回生電流によって前記リチウムイオン電池に析出するリチウム金属の量であるリチウム析出量を推定する推定ステップと、
    前記推定ステップで推定された前記リチウム析出量に基づいて、前記車両が前記リチウムイオン電池の交換が必要な状態にあることを報知する指示を行う報知指示ステップと、を含む、
    制御プログラム。
  8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置を搭載した車両。
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