JP7281945B2 - 電池制御装置および電池制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池制御装置および電池制御方法に関する。

従来、例えば、走行用の動力源であるエンジンと、エンジンの動作を補助する電動機（いわゆるモータジェネレータ）とを備えたハイブリッド車両が知られている。かかるハイブリッド車両では、減速時には電動機を発電機として動作させることで蓄電池を充電するとともに、加速時には蓄電池の電力を電動機に供給して駆動させることでエンジンの動作を補助する電池制御装置が知られている。

この種の電池制御装置では、地図情報等から走行中の消費電力量を予測し、消費電力量に余裕があれば電動機の駆動を優先させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－１１３０７５号公報

しかしながら、蓄電池の蓄電範囲には、電池保護の観点から充放電の禁止範囲が設定されている場合が多く、さらに、フェールセーフとして通常範囲と禁止範囲との間にマージン分の範囲が設定される場合がある。

従って、従来は、通常範囲内で充放電を行うため、蓄電池を最大限活用しているとは言えず、効率良く充放電制御を行う点で改善の余地があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電池の劣化を抑えつつ、効率良く充放電制御を行うことができる電池制御装置および電池制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電池制御装置は、算出部と、予測部と、決定部とを備える。前記算出部は、所定の通常蓄電範囲である第１範囲と、前記第１範囲以外の蓄電範囲である第２範囲とを有する蓄電池の蓄電残量を算出する。前記予測部は、過去の車両動作における充放電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測充放電量を予測する。前記決定部は、前記蓄電残量および前記予測充放電量に基づき算出した予測蓄電量が前記通常蓄電範囲から外れる場合、前記第２範囲を含めた蓄電範囲に基づいて今回の車両動作における充放電量を決定する。

本発明によれば、電池の劣化を抑えつつ、効率良く充放電制御を行うことができる。

図１Ａは、実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。 図１Ｂは、実施形態に係る電池制御方法の概要を示す図である。 図２は、実施形態に係る電池制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る電池制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電池制御装置および電池制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて、実施形態に係る電池制御方法の概要について説明する。図１Ａは、実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。図１Ｂは、実施形態に係る電池制御方法の概要を示す図である。

図１Ａに示す制御システムＳは、例えば、ハイブリッド車両に搭載される制御システムである。制御システムＳは、電池制御装置１と、エンジン１１と、モータジェネレータ（ＭＧ）１２と、リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）１３と、ＤＣＤＣコンバータ１４と、鉛バッテリ１５と、負荷１６とを備える。

エンジン１１は、走行用の動力源であって、例えば、ガソリンや水素等の電気以外で駆動するエンジンである。ＭＧ１２は、加速時において、ＬｉＢ１３から供給される電力によって駆動され、エンジン１１の動作を補助する。また、ＭＧ１２は、減速時において、発電機として機能することで、減速に伴う運動エネルギを電気エネルギに変換して、ＬｉＢ１３や鉛バッテリ１５、負荷１６へ電力を供給する。

ＬｉＢ１３は、例えば、４８Ｖの蓄電池であり、電池制御装置１の制御に従って充放電を行う。なお、詳細は図１Ｂで後述するが、実施形態に係る電池制御装置１は、ＬｉＢ１３に設定されたマージン分の蓄電範囲を加味して充放電制御を行う。

ＤＣＤＣコンバータ１４は、ＭＧ１２やＬｉＢ１３から供給される電力を降圧して、鉛バッテリ１５や負荷１６へ電力を供給する。鉛バッテリ１５は、例えば、１２Ｖの蓄電池であり、負荷１６へ電力を供給したり、ＭＧ１２やＬｉＢ１３から供給される電力を蓄積したりする。

負荷１６は、電気機器であり、例えば、ナビゲーション装置やオーディオ、エアーコンディショナ等が挙げられる。あるいは、負荷１６は、例えば、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢ(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う車両制御装置であってもよい。

ここで、図１Ｂを用いて、実施形態に係る電池制御方法の概要について説明する。図１Ｂに示すように、ＬｉＢ１３の蓄電範囲は、通常蓄電範囲（第１範囲）と、使用禁止の範囲（上限側および下限側）と、マージン分（第２範囲）の範囲（上限側および下限側）とが設定される場合が多い。

従来は、通常蓄電範囲内で充放電制御を行うことで、蓄電残量の算出誤差があった場合でも、マージン分の範囲によって、使用禁止の範囲まで充放電しないようにしている。例えば、図１Ｂにおいて、ＭＧが要求トルクとして「Ａ」が要求された場合、通常蓄電範囲の蓄電残量に相当する実トルク「Ｂ＋Ｙ」をＭＧに指示していた。従って、従来は、通常蓄電範囲内で充放電を行うため、ＬｉＢを最大限活用しているとは言えず、効率良く充放電制御を行う点で改善の余地があった。

そこで、実施形態に係る電池制御方法では、過去の走行から充放電量を予測することで、マージン分の範囲を充放電制御に用いることとした。

具体的には、図１Ｂに示すように、まず、実施形態に係る電池制御方法では、マージン分を除いた所定の通常蓄電範囲を有するＬｉＢ１３の蓄電残量を算出する（Ｓ１）。具体的には、通常蓄電範囲の上限を１００％、下限を０％とする蓄電残量を算出する。

つづいて、実施形態に係る電池制御方法では、過去の車両動作における充放電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測充放電量を予測する（Ｓ２）。図１Ｂに示す例では、予測放電量を予測する場合を示している。

そして、実施形態に係る電池制御方法では、蓄電残量および予測充放電量に基づき算出した予測蓄電量が通常蓄電範囲から外れる場合、マージン分を含めた蓄電範囲に基づいて今回の車両動作における充放電量を決定する（Ｓ３）。

具体的には、実施形態に係る電池制御方法では、ＭＧ１２から要求トルクとして「Ａ」が要求された場合、通常蓄電範囲の蓄電残量に相当する実トルク「Ｂ＋Ｙ」に、下限側のマージン分の電力量に相当する実トルク「Ｚ」を加えた「Ｂ＋Ｙ＋Ｚ」でＭＧ１２に指示する。

このように、実施形態に係る電池制御方法では、マージン分の電力量を用いることで、従来に比べて、効率良く充放電制御を行うことができる。

さらに、実施形態に係る電池制御方法では、過去の車両動作の学習結果に基づき予測充放電量を予測することで、使用禁止の範囲まで充放電されることを防止できる。すなわち、実施形態に係る電池制御方法によれば、電池の劣化を抑えつつ、効率良く充放電制御を行うことができる。

なお、図１Ｂでは、実施形態に係る電池制御方法をＬｉＢ１３の放電制御に適用した場合について説明したが、実施形態に係る電池制御方法をＬｉＢ１３の充電制御にも適用可能である。

次に、図２を参照して、実施形態に係る電池制御装置１の構成について詳細に説明する。図２は、実施形態に係る電池制御装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、実施形態に係る電池制御装置１は、各種センサ１００、ＬｉＢ１３およびＭＧ１２に接続される。

各種センサ１００は、車両に搭載されるセンサであって、車両に関する情報を検出し、検出結果を電池制御装置１へ出力する。各種センサ１００は、例えば、カメラ、位置情報検出装置、車速センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、レーダ等といった、車両動作に関する情報を検出するセンサを含む。

実施形態に係る電池制御装置１は、制御部２と、記憶部３とを備える。制御部２は、算出部２０、学習部２１、予測部２２および決定部２３を備える。記憶部３は、学習情報３０を記憶する。

ここで、電池制御装置１は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、データフラッシュ、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２の算出部２０、学習部２１、予測部２２および決定部２３として機能する。

また、制御部２の算出部２０、学習部２１、予測部２２および決定部２３の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、記憶部３は、たとえば、ＲＡＭやデータフラッシュに対応する。ＲＡＭやデータフラッシュは、学習情報３０や、各種プログラムの情報等を記憶することができる。なお、電池制御装置１は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

学習情報３０は、後述する学習部２１の学習結果として生成される情報である。学習情報３０には、例えば、過去の車両動作と充放電量との関係を示す情報等が含まれる。

制御部２は、ＬｉＢ１３の蓄電残量を算出するとともに、予測充放電量を予測し、蓄電残量および予測充放電量に基づいて今回の車両動作における充放電量を決定する。

算出部２０は、マージン分を除いた所定の通常蓄電範囲を有するＬｉＢ１３の蓄電残量を算出する。具体的には、算出部２０は、ＬｉＢ１３の電流値や電圧値を検出することで、蓄電残量を示すＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。

より具体的には、算出部２０は、電流値（もしくは電圧値）と、ＳＯＣとの関係を示すマップ情報に基づいてＳＯＣを算出する。算出部２０は、算出した蓄電残量の情報を決定部２３へ出力する。

なお、算出部２０により蓄電残量の算出処理は、例えば、一定の間隔で行ってもよく、あるいは、ＬｉＢ１３の充放電を行うタイミング（例えば、加速や減速のタイミング）に行ってもよい。

学習部２１は、過去の車両動作における充放電量を学習し、学習結果を示す学習情報３０として記憶部３に記憶する。具体的には、学習部２１は、例えば、加速時においてＬｉＢ１３からＭＧ１２へ供給した電力量である放電量と、加速時の状況に関する加速情報（加速度、車速、道路勾配等）とを対応付けて学習情報３０として記憶する。

より具体的には、学習部２１は、加速時に電力供給の開始から終了までの供給継続期間における電力量を放電量として学習する。なお、学習部２１は、例えば、加速時に瞬間的にアクセルを開放して電力供給が一時的に停止する場合には、電力供給が停止する前後の電力量を合算した値を放電量として学習する。換言すれば、学習部２１は、電力供給の停止期間が所定期間以上となった場合、供給継続期間を終了して放電量を学習する。

また、学習部２１は、例えば、減速時においてＭＧ１２からＬｉＢ１３へ供給した電力量である充電量と、減速時の状況に関する減速情報（加速度、車速、道路勾配等）とを対応付けて学習情報３０として記憶する。

また、学習部２１は、ＬｉＢ１３の電池特性を示す特性情報を充放電量に対応付けて学習情報３０として記憶してもよい。具体的には、特性情報には、ＬｉＢ１３の電池温度や、外気温、充放電回数（総数）、電池交換日、充放電頻度等の情報が含まれてよい。なお、充放電頻度とは、一定期間における充放電回数を指す。

なお、学習部２１は、例えば、予測充放電量を示すスコアを出力するモデルを学習結果として生成してもよい。具体的には、学習部２１は、過去の車両動作における充放電量を教師データとし、過去の車両動作を示す動作情報（加速情報や減速情報等）および特性情報を素性データとする機械学習により、予測充放電量を示すスコアを出力するモデルを生成し、学習情報３０として記憶してもよい。

予測部２２は、過去の車両動作における充放電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測充放電量を予測する。具体的には、予測部２２は、今回の車両動作（加速や減速）が検出されたタイミングで、記憶部３に記憶された学習情報３０に基づいて予測充放電量を予測する。

例えば、予測部２２は、過去の車両動作における放電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測放電量を予測する。具体的には、予測部２２は、車両の加速動作（アクセルの踏込や、車速変化が所定値以上）が検出された場合、かかる加速動作の情報と、学習情報３０とに基づき予測放電量を予測する。

また、例えば、予測部２２は、過去の車両動作における充電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測充電量を予測する。具体的には、予測部２２は、車両の減速動作（アクセルの開放や、車速変化が所定値以上）が検出された場合、かかる減速動作の情報と、学習情報３０とに基づき予測充電量を予測する。

例えば、予測部２２は、学習情報３０に含まれる過去の車両動作における充放電量に基づき算出した代表値を予測充放電量として予測する。

代表値は、例えば、過去の所定期間における充放電量の平均値や、最高値等であってよい。このように、過去の充放電量から算出した代表値を用いることで、予測放電量の予測精度を高めることができる。

また、予測部２２は、学習情報３０に含まれる過去の車両動作におけるＬｉＢ１３の電池特性の学習結果に基づいて予測充放電量を予測してもよい。これにより、予測放電量の予測精度をさらに高めることができる。

なお、予測部２２は、予測充放電量を予測する際に、走行道路に関する道路情報を加味してもよい。道路情報には、例えば、道路の位置や、距離、勾配等といった固定の情報（静的な情報）、および、走行当時の交通量や、天候、路面状態等といった動的な情報が含まれてよい。

決定部２３は、算出部２０によって算出された蓄電残量、および、予測部２２によって予測された予測充放電量に基づいて今回の車両動作における充放電量を決定する。

具体的には、決定部２３は、蓄電残量および予測充放電量に基づき算出した予測蓄電量が通常蓄電範囲から外れる場合、マージン分を含めた蓄電範囲に基づいて今回の車両動作における充放電量を決定する。

例えば、決定部２３は、蓄電残量から予測放電量を減算した予測蓄電量が通常蓄電範囲を下回る場合、下限側のマージン分を含めた蓄電範囲に基づいて今回の車両動作における放電量を決定する。これにより、マージン分を含めた電力量をＭＧ１２へ供給できるため、ＭＧ１２で出力されるトルクを向上させることができる。すなわち、放電時における電力量を増加できるため、効率良く放電制御を行うことができる。

また、例えば、決定部２３は、蓄電残量に予測放電量を加算した予測蓄電量が通常蓄電範囲を上回る場合、上限側のマージン分を含めた蓄電範囲に基づいて今回の車両動作における充電量を決定する。これにより、マージン分を含めた電力量をＬｉＢ１３に充電できるため、ＭＧ１２によって発電された電力を無駄なく蓄積できる。すなわち、充電時における電力量を増加できるため、効率良く充電制御を行うことができる。

なお、決定部２３は、予測蓄電量が通常蓄電範囲の範囲内である場合には、現在の蓄電残量に基づいて、すなわち、通常蓄電範囲に基づいて充放電量を決定する。

そして、決定部２３は、決定した充放電量に基づいてＭＧ１２で出力する実トルクを算出し、かかる実トルクを示す情報をＭＧ１２へ出力する。

次に、図３を用いて、実施形態に係る電池制御装置１が実行する処理の処理手順について説明する。図３は、実施形態に係る電池制御装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、算出部２０は、マージン分を除いた所定の通常蓄電範囲を有するＬｉＢ１３の蓄電残量を算出する（Ｓ１０１）。

つづいて、予測部２２は、過去の車両動作における充放電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測充放電量を予測する（Ｓ１０２）。

つづいて、決定部２３は、蓄電残量および予測充放電量に基づいて予測蓄電残量を算出する（Ｓ１０３）。

つづいて、決定部２３は、算出した予測蓄電残量が通常蓄電範囲から外れるか否かを判定する（Ｓ１０４）。

つづいて、決定部２３は、予測蓄電残量が通常蓄電範囲から外れる場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、マージン分を含めた蓄電範囲に基づいて充放電量を決定し（Ｓ１０５）、処理を終了する。

一方、決定部２３は、予測蓄電残量が通常蓄電範囲の範囲内であった場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、予測充放電量、すなわち、通常蓄電範囲に基づいて充放電量を決定し（Ｓ１０６）、処理を終了する。

上述してきたように、実施形態に係る電池制御装置１は、算出部２０と、予測部２２と、決定部２３とを備える。算出部２０は、所定の通常蓄電範囲である第１範囲と、第１範囲以外の蓄電範囲である第２範囲とを有するＬｉＢ１３の蓄電残量を算出する。予測部２２は、過去の車両動作における充放電量の学習結果に基づき、今回の車両動作における予測充放電量を予測する。決定部２３は、蓄電残量および予測充放電量に基づき算出した予測蓄電量が通常蓄電範囲から外れる場合、第２範囲を含めた蓄電範囲に基づいて今回の車両動作における充放電量を決定する。これにより、電池の劣化を抑えつつ、効率良く充放電制御を行うことができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 電池制御装置
２ 制御部
３ 記憶部
１１ エンジン
１２ モータジェネレータ
１３ リチウムイオンバッテリ
１４ ＤＣＤＣコンバータ
１５ 鉛バッテリ
１６ 負荷
２０ 算出部
２１ 学習部
２２ 予測部
２３ 決定部
３０ 学習情報
１００ 各種センサ
Ｓ 制御システム

Claims (6)

1. 車両に搭載され、通常時に使用される第１蓄電範囲と、前記第１蓄電範囲以外の第２蓄電範囲とを有する蓄電池の前記第１蓄電範囲における蓄電残量を算出し、
   前記車両の過去の加速動作または減速動作における充放電量の学習結果を用いて、今回の加速動作または減速動作における予測充放電量を予測し、
   前記蓄電残量および前記予測充放電量に基づき算出した予測蓄電量が前記第１蓄電範囲から外れる場合、前記第１蓄電範囲および第２蓄電範囲に基づいて前記今回の加速動作または減速動作における充放電量を決定する、
   ことを特徴とする電池制御装置。
2. 前記過去の加速動作または減速動作における放電量の学習結果に基づき、前記今回の加速動作または減速動作における予測放電量を予測し、
   前記蓄電残量から前記予測放電量を減算した予測蓄電量が前記第１蓄電範囲を下回る場合、前記第１蓄電範囲および下限側の前記第２蓄電範囲に基づいて前記今回の加速動作または減速動作における放電量を決定すること
   を特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
3. 前記過去の加速動作または減速動作における充電量の学習結果に基づき、前記今回の加速動作または減速動作における予測充電量を予測し、
   前記蓄電残量に前記予測充電量を加算した予測蓄電量が前記第１蓄電範囲を上回る場合、前記第１蓄電範囲および上限側の前記第２蓄電範囲に基づいて前記今回の加速動作または減速動作における充電量を決定すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の電池制御装置。
4. 前記過去の加速動作または減速動作における前記充放電量に基づき算出した代表値を前記予測充放電量として予測すること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の電池制御装置。
5. 前記過去の加速動作または減速動作における前記蓄電池の電池特性の学習結果に基づいて前記予測充放電量を予測すること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の電池制御装置。
6. 電池制御装置が実行する電池制御方法であって、
   車両に搭載され、通常時に使用される第１蓄電範囲と、前記第１蓄電範囲以外の第２蓄電範囲とを有する蓄電池の前記第１蓄電範囲における蓄電残量を算出する算出工程と、
   前記車両の過去の加速動作または減速動作における充放電量の学習結果を用いて、今回の加速動作または減速動作における予測充放電量を予測する予測工程と、
   前記蓄電残量および前記予測充放電量に基づき算出した予測蓄電量が前記第１蓄電範囲から外れる場合、前記第１蓄電範囲および第２蓄電範囲に基づいて前記今回の加速動作または減速動作における充放電量を決定する決定工程と
   を含むことを特徴とする電池制御方法。

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