JP7363949B2 - 車両制御方法、車両制御装置及び車両 - Google Patents

Description

本開示は、車両制御方法、車両制御装置及び車両に関する。

特許文献１には、車両駆動用の蓄電池が低温状態のとき、蓄電池を加温することで蓄電池が低充電状態になることを防止する技術が開示されている。

特許文献１の技術は、電池温度センサによって測定した温度が所定温度未満の場合、充電器から蓄電池への充電と、蓄電池から負荷への放電とを、充電率の値を基に交互に切り換えることで、蓄電池を目標温度まで昇温している。これにより、蓄電池の充電状態（State Of Charge：SOC）が上昇して、低温時でも蓄電池の放電電力を利用した電動車の走行が可能になる。

特開２０１９－０３００２８号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、気温が０℃以下など極低温時においても蓄電池の充放電が実施され得るため、このような状況で蓄電池への充放電が実施されると、蓄電池の寿命が著しく低下する可能性がある。従って、SOCが極めて低い値となる場合において蓄電池を加温する上で改善の余地がある。

本開示の一態様の目的は、低温時における蓄電池の劣化を抑制できる車両制御方法、車両制御装置及び車両を提供することである。

本開示の一態様に係る車両制御方法は、車両走行用の蓄電池のSOC及び温度に関する情報を取得する情報取得ステップと、前記蓄電池の温度が所定温度以下であり、かつ、前記蓄電池のSOCが所定SOC値以下の場合、前記蓄電池に設けられる第１スイッチをオフにし、かつ、ジャンクションボックスに設けられている第２スイッチをオンにするスイッチ制御ステップと、を含み、前記蓄電池は、前記第１スイッチがオフ状態になることで、前記蓄電池を温めるヒータと前記蓄電池を充電する充電器との双方から切り離され、前記充電器は、オン状態の前記第２スイッチを介して、前記ヒータと電気的に接続され、車両によって実行される。

本開示の一態様に係る車両制御装置は、車両走行用の蓄電池のSOC及び温度に関する情報を取得する情報取得部と、前記蓄電池の温度が所定温度以下であり、かつ、前記蓄電池のSOCが所定SOC値以下の場合、前記蓄電池に設けられる第１スイッチをオフにし、かつ、ジャンクションボックスに設けられている第２スイッチをオンにするスイッチ制御部と、を備え、前記蓄電池は、前記第１スイッチがオフ状態になることで、前記蓄電池を温めるヒータと前記蓄電池を充電する充電器との双方から切り離され、前記充電器は、オン状態の前記第２スイッチを介して、前記ヒータと電気的に接続される。

本開示の一態様に係る車両は、上記の車両制御装置を備える。

本開示によれば、低温時における蓄電池の劣化を抑制できる。

本開示の実施の形態に係る車両１００の構成例を示す図 車両制御装置９のハードウェア構成例を示す図 車両制御装置９の構成例を示す図 車両制御装置９の動作を説明するためのフローチャート 第１モードが設定されているときの第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの状態を示す図 第２モードが設定されているときの第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの状態を示す図 第３モードが設定されているときの第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの状態を示す図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

図１は本開示の実施の形態に係る車両１００の構成例を示す図である。車両１００は、蓄電池１、インバータ２、コンバータ３、コンバータ４、コンプレッサ５、ヒータ６、架装装置７、ジャンクションボックス８、及び車両制御装置９を備えている。

なお、車両１００は、蓄電池１、ヒータ６、ジャンクションボックス８、及び車両制御装置９を搭載可能な電動車両であればよく、トラック及びバス以外にも、バン、ワゴン、乗用車などでもよい。

（蓄電池１）
蓄電池１は、車両１００を走行させる主電動機を駆動する高圧バッテリである。蓄電池１には第１スイッチ１ａが内蔵されている。

（第１スイッチ１ａ）
第１スイッチ１ａは、車両制御装置９から送信される制御指令を受信したとき、配線２０を導通状態にし、制御指令を受信していない場合、配線２０を非導通状態にする半導体スイッチ、メカニカルスイッチなどである。配線２０は、一端が蓄電池１の電極と電気的に接続され、他端が第２スイッチ８ａ、インバータ２、コンバータ３などと電気的に接続されている。第２スイッチ８ａ、インバータ２、コンバータ３などの構成の詳細は後述する。

なお、第１スイッチ１ａは、蓄電池１に内蔵されている場合に限定されず、配線２０を導通状態又は非導通状態にすることができればよく、蓄電池１の外部に設けられていてもよい。

第１スイッチ１ａがオン状態、すなわち第１スイッチ１ａが閉じた状態（閉鎖状態）のとき、蓄電池１は、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａを介して充電器１０と電気的に接続され、さらに第１スイッチ１ａを介してヒータ６などと電気的に接続される。これにより、蓄電池１からヒータ６などへの直流電力の供給が可能であると共に、第２スイッチ８ａがオン状態のときには充電器１０から蓄電池１への充電が可能である。

（インバータ２）
インバータ２は、蓄電池１及び充電器１０の少なくとも一方から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を負荷に供給する電力変換器である。充電器１０は、系統電源、又は交流発電機から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１、インバータ２などに供給する電力変換器である。系統電源は、例えば220Vの交流電圧を供給する商用電源などである。充電器１０には、例えば定格出力が50kWのCHAdeMO（登録商標）仕様適合の充電器が利用される。なお、充電器１０が車載の交流発電機の場合、車両１００に搭載されている内燃機関を利用して交流発電機を駆動することで、直流電力を発生することができる。

（コンバータ３）
コンバータ３は、蓄電池１及び充電器１０の少なくとも一方から供給される直流電力を、電圧が12Vの直流電力に変換して負荷に供給する電力変換器である。

（コンバータ４）
コンバータ４は、蓄電池１及び充電器１０の少なくとも一方から供給される直流電力を、電圧が24Vの直流電力に変換して負荷に供給する電力変換器である。

（コンプレッサ５）
コンプレッサ５は、蓄電池１及び充電器１０の少なくとも一方から供給される直流電力を利用してモータを駆動することで冷媒などを圧縮する圧縮器である。コンプレッサ５は、保冷車などに搭載されている冷凍サイクル装置の構成要素である。

（ヒータ６）
ヒータ６は、充電器１０又は蓄電池１から供給される直流電力で駆動し、蓄電池１の温度を上昇（すなわち蓄電池１を加温）するための装置である。

（架装装置７）
架装装置７は、蓄電池１及び充電器１０の少なくとも一方から供給される直流電力を利用して駆動する荷受台昇降装置、ミキサ、ポンプ、冷凍サイクル装置などである。

（ジャンクションボックス８）
ジャンクションボックス８は、インバータ２などの電装品に対して電力の供給、分配などを行う接続箱である。ジャンクションボックス８の内部には、第２スイッチ８ａ、リレー、ヒューズなどが設けられている。

第２スイッチ８ａは、車両制御装置９から送信される制御指令を受信したとき、配線２１を導通状態にし、制御指令を受信していない場合、配線２１を非導通状態にする半導体スイッチ、メカニカルスイッチなどである。配線２１は、一端が充電器１０の電極と電気的に接続され、他端が第１スイッチ１ａ、インバータ２、コンバータ３などと電気的に接続されている。

第２スイッチ８ａがオン状態、すなわち第２スイッチ８ａが閉じた状態（閉鎖状態）のとき、充電器１０は、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａを介して蓄電池１と電気的に接続され、さらに第２スイッチ８ａを介してヒータ６などと電気的に接続される。これにより、充電器１０からヒータ６などへの直流電力の供給が可能であると共に、第１スイッチ１ａがオン状態のときには充電器１０から蓄電池１への充電が可能である。

（車両制御装置９）
車両制御装置９は、車両情報を収集して、車両１００における所定の機能に関する各種制御処理を行う電子制御ユニットであり、例えばモータECU（Electronic Control Unit）、ハイブリッドECU、エンジンECUなどである。車両情報は、蓄電池温度、SOC、外気温度などの情報を含む。

蓄電池温度は、例えば温度センサで測定された蓄電池１の内部又は表面の温度である。SOCは、例えば、充電器１０において、蓄電池１の充電電圧、充電電流、充電時間などを用いて公知の推定方法（例えば特開２０２１－１７９３１１号公報に開示されている方法）で算出される。外気温度は、温度センサで測定された蓄電池１の周囲の雰囲気温度である。外気温度を測定することで、外気温度の変化に伴って蓄電池１の温度がどのように変化するかを推定可能である。

次に図２を参照して車両制御装置９のハードウェア構成を説明する。図２は車両制御装置９のハードウェア構成例を示す図である。車両制御装置９は、プロセッサ９１、メモリ９２、及び入出力部９３を備えている。これらは互いにバスライン９４で接続される。

プロセッサ９１は、メモリ９２に格納されたプログラムを実行し、プログラムに従って車両制御装置９の各種機能を実現する。

メモリ９２は、車両制御装置９の処理に必要なファイル、車両情報に関するデータなどを格納し、さらにこれらをバックアップする、HDD(Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどである。

入出力部９３は、プロセッサ９１を図１に示す蓄電池１、ヒータ６などの車載器に接続するインタフェースである。

次に図３を参照して車両制御装置９の機能について説明する。図３は車両制御装置９の構成例を示す図である。車両制御装置９は、情報取得部９１１、スイッチ制御部９１２、及び充電器制御部９１３を備えている。

（情報取得部９１１）
情報取得部９１１は、蓄電池１の充電状態（SOC）と、蓄電池１の温度と、外気温度とに関する情報を取得し、取得した情報をスイッチ制御部９１２及び充電器制御部９１３に送信する。

（スイッチ制御部９１２）
スイッチ制御部９１２には、例えば第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａのそれぞれのオンオフを制御するための複数のモードが設定されている。スイッチ制御部９１２は、情報取得部９１１で取得された情報を受信したとき、対応するモードを参照することで、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａのそれぞれのオンオフを制御する制御指令を生成して、第１スイッチ及び第２スイッチのそれぞれに送信する。制御指令を受信した第１スイッチ及び第２スイッチは、それぞれがオン状態又はオフ状態になるように駆動する。

複数のモードには、例えば第１モード、第２モード、及び第３モードが含まれている。

（第１モード）
第１モードは、例えばイグニッションがオフのときに、蓄電池１と充電器１０をジャンクションボックス８から切り離した状態にする際に設定される。第１モードが設定されているとき、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａのそれぞれがオフ状態となり、充電器１０と蓄電池１がジャンクションボックス８から電気的に切り離されている。これにより、蓄電池１の過放電が抑制されると共に、ジャンクションボックス８などの保守の際に作業者が感電することを防止できる。

（第２モード）
第２モードは、充電器１０と蓄電池１の双方の電力を利用してヒータ６などを駆動するときに設定される。第２モードが設定された場合、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａが共にオン状態となり、蓄電池１と充電器１０がジャンクションボックス８と電気的に接続された状態になる。

例えば、蓄電池１の温度が所定温度（例えば０℃）以下で、蓄電池１のSOCが所定のSOC（例えば５０％）を超えている場合、第２モードが設定されることで、充電器１０と蓄電池１の双方からヒータ６に直流電力が供給されるため、ヒータ６の発熱量が増えて蓄電池１を急速に温めることができる。これにより、車両１００が車庫から出発する時間を短縮することができ、車両１００の利用効率が大幅に向上する。なお、第２モードが選択される場合における蓄電池１の温度及びSOCの値は、これらの限定されるものではない。

またインバータ２、コンプレッサ５、ヒータ６が同時に駆動して負荷が大きい場合でも、第２モードが設定されることで、これらの車載器を安定して動作させることができる。

（第３モード）
第３モードは、蓄電池１の電力を利用せずに充電器１０の電力を利用してヒータなどを駆動するときに設定される。第３モードが設定された場合、第１スイッチ１ａがオフ状態、かつ、第２スイッチ８ａがオン状態となり、蓄電池１がジャンクションボックス８から切り離され、充電器１０がジャンクションボックス８と電気的に接続される。

例えば、蓄電池１の温度が所定温度（例えば０℃）以下のため蓄電池１の加温が必要であるが、蓄電池１のSOCが所定のSOC（例えば５０％）未満の場合、第３モードが設定されることで、蓄電池１の電力を車両１００の走行用に温存しながら、ヒータ６に電力を供給して蓄電池１を温めることができる。また、第３モードが設定された場合、充電器１０への充電が防止されるため、極低温状態の蓄電池１に電力が供給されることによる蓄電池１の劣化を抑制できる。

このように、第３モードが設定された場合、車両１００の走行用の電力を温存しつつ、蓄電池１の劣化を抑制できると共に、ヒータ６などを駆動して蓄電池１を加温することが可能である。

なお、第３モードが設定されているときに蓄電池１の温度が所定温度を超えた場合、蓄電池１への充電を行っても蓄電池１の劣化が軽減されるため、スイッチ制御部９１２は、第３モードから第２モードに切り替えることで、充電器１０から蓄電池１への充電を開始してもよい。この場合、第３モードでヒータ６を駆動する場合に比べて、ヒータ６の発熱量が増えて蓄電池１を急速に温めることができるため、車両１００が車庫から出発する時間を短縮することができる。

（充電器制御部９１３）
充電器制御部９１３は、スイッチ制御部９１２による第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの制御に連動して、充電器１０の放電を開始し、又は充電器１０の放電を停止する制御指令を生成して、充電器１０に送信する。

例えば、第１モードが設定されたことで第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａが共にオフ状態の場合、充電器制御部９１３は、充電器１０の放電を停止させる制御指令を生成する。

第２モードが設定されたことで第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａが共にオン状態の場合、充電器制御部９１３は、充電器１０の放電を開始させる制御指令を生成する。

第３モードが設定されたことで第１スイッチ１ａがオフ状態、かつ、第２スイッチ８ａがオン状態の場合も、充電器制御部９１３は、充電器１０の放電を開始させる制御指令を生成する。

次に図４～図７を参照して、車両制御装置９の動作を説明する。図４は車両制御装置９の動作を説明するためのフローチャート、図５は第１モードが設定されているときの第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの状態を示す図、図６は第２モードが設定されているときの第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの状態を示す図、図７は第３モードが設定されているときの第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａの状態を示す図である。

車両制御装置９は、ステップＳ１において、イグニッションがオンであるか否かを判定する。イグニッションがオフの場合（ステップＳ１，ＮＯ）、ステップ２において、第１モードを設定することで、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａのそれぞれをオフ状態にする。

イグニッションがオンの場合（ステップＳ１，ＹＥＳ）、車両制御装置９は、蓄電池１の温度が所定温度（例えば０℃）以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

蓄電池１の温度が所定温度を超えている場合（ステップＳ３，ＮＯ）、ステップＳ１以降の処理が繰り返される。

蓄電池１の温度が所定温度以下の場合（ステップＳ３，ＹＥＳ）、車両制御装置９は、蓄電池１のSOCが所定のSOC（例えば５０％）以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

蓄電池１のSOCが所定のSOC以下の場合（ステップＳ４，ＹＥＳ）、車両制御装置９は、第３モードを設定することで（ステップＳ５）、第１スイッチ１ａをオフ状態にして、第２スイッチ８ａをオン状態にして、一連の処理を終了する。

蓄電池１のSOCが所定のSOCを超えている場合（ステップＳ４，ＮＯ）、車両制御装置９は、第２モードを設定することで（ステップＳ６）、第１スイッチ１ａ及び第２スイッチ８ａが共にオン状態にして、一連の処理を終了する。

本開示の車両制御方法、車両制御装置及び車両は、更なる急速充電を実現できる技術に有用である。

１ 蓄電池
１ａ 第１スイッチ
２ インバータ
３ コンバータ
４ コンバータ
５ コンプレッサ
６ ヒータ
７ 架装装置
８ ジャンクションボックス
８ａ 第２スイッチ
９ 車両制御装置
１０ 充電器
２０ 配線
２１ 配線
９１ プロセッサ
９２ メモリ
９３ 入出力部
９４ バスライン
１００ 車両
９１１ 情報取得部
９１２ スイッチ制御部
９１３ 充電器制御部

Claims (5)

1. 車両走行用の蓄電池のSOC及び温度に関する情報を取得する情報取得ステップと、
   前記蓄電池の温度が所定温度以下であり、かつ、前記蓄電池のSOCが所定SOC値以下の場合、前記蓄電池に設けられる第１スイッチをオフにし、かつ、ジャンクションボックスに設けられている第２スイッチをオンにするスイッチ制御ステップと、
   を含み、
   前記蓄電池は、前記第１スイッチがオフ状態になることで、前記蓄電池を温めるヒータと前記蓄電池を充電する充電器との双方から切り離され、
   前記充電器は、オン状態の前記第２スイッチを介して、前記ヒータと電気的に接続され、
   車両によって実行される車両制御方法。
2. 前記スイッチ制御ステップは、
   前記蓄電池の温度が前記所定温度以下であり、かつ、前記蓄電池のSOCが前記所定SOC値を超える場合、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチをオンにし、
   前記蓄電池は、オン状態の前記第１スイッチを介して、前記ヒータと電気的に接続され、
   前記充電器は、オン状態の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを介して、前記蓄電池と電気的に接続される、請求項１に記載の車両制御方法。
3. 車両走行用の蓄電池のSOC及び温度に関する情報を取得する情報取得部と、
   前記蓄電池の温度が所定温度以下であり、かつ、前記蓄電池のSOCが所定SOC値以下の場合、前記蓄電池に設けられる第１スイッチをオフにし、かつ、ジャンクションボックスに設けられている第２スイッチをオンにするスイッチ制御部と、
   を備え、
   前記蓄電池は、前記第１スイッチがオフ状態になることで、前記蓄電池を温めるヒータと前記蓄電池を充電する充電器との双方から切り離され、
   前記充電器は、オン状態の前記第２スイッチを介して、前記ヒータと電気的に接続される、
   車両制御装置。
4. 前記スイッチ制御部は、前記蓄電池の温度が前記所定温度以下であり、かつ、前記蓄電池のSOCが前記所定SOC値を超える場合、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチをオンにし、
   前記蓄電池は、オン状態の前記第１スイッチを介して、前記ヒータと電気的に接続され、
   前記充電器は、オン状態の前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを介して、前記蓄電池と電気的に接続される、請求項３に記載の車両制御装置。
5. 請求項３又は４に記載の車両制御装置を備えた車両。