JP2014023354A - 電池制御装置、および電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】使用可能な電池容量をユーザに認識させる。
【解決手段】電池制御装置1では、車両が備える電池205の有効容量を通常容量とリザーブ容量とに分ける設定をする。そして、電池制御装置1は、車両の走行中に通常容量がなくなると、メインスイッチ209を制御して、モータ212への電力の供給を切断する。そして、電池制御装置1は、車両が停止すると、ユーザからの切替信号の入力を受け付ける。その後、電池制御装置1は、ユーザから切替信号が入力されると、メインスイッチ209を制御して、モータ212へのリザーブ容量を用いた電力の供給を開始する。
【選択図】図2

Description

本発明は電池の充電を制御する技術に関する。
近年、車両を駆動する動力源として、繰り返し充放電可能な二次電池(以下、電池という。)が使用されている。
このような電池は、過充電や過放電が生じると耐久性や安全性が損なわれる。このため、電池は、運用する充電率(SOC:State Of Charge)の上限値と下限値とが設定され、設定された充電率の範囲内で使用される。そして、車両の走行中に電池の充電率が設定された下限値を下回らないようにするために、ユーザに現在の充電率と運用する充電率の下限値との差分により推定される使用可能な電池容量を通知することが提案されている。
前述したユーザに使用可能な容量を通知する技術では、現在の充電率の推定に誤差があったときや、ユーザが使用可能な容量の通知を意識せずに車両の走行を続けたときなどに、予期せぬ場所で車両が走行不能状態になるという問題がある。
関連技術として、ハイブリッド車両が有するEV優先スイッチは、EV優先モードとHVモードとの切替を利用者が要求可能に構成される。ECUは、EV優先モード時にEV優先スイッチによってHVモードへの切替が要求されたとき、蓄電装置のSOCが閾値Sth1よりも低い場合には、走行モードをHVモードへ切替えるとともに、HVモードへの切替要求時のSOC近傍にSOCを制御し、SOCが閾値Sth1以上の場合には、EV優先モードを維持する。また、ECUは、閾値Sth1よりも小さい閾値Sth2にSOCが達すると、走行モードをHVモードへ強制的に切替える技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
前述したEV優先モードとHVモードとを切替える技術では、ガソリンが無くなり、HVモードで走行できないとき、ユーザが使用可能な電池容量を意識せずに車両の走行を続けると、予期せぬ場所で車両が走行不能状態になるという問題がある。
特開2009−143563号公報
本発明は、使用可能な電池容量をユーザに認識させる電池制御装置、および電池パックを提供することを目的とする。
本明細書で開示する電池制御装置のひとつに、記憶部と、入力部と、制御部とを備えるものがある。ここで、記憶部は、第1の充電率を格納する。入力部は、切替信号の入力を受付ける。制御部は、電池の充電率が第1の充電率以下になると、車両を停止し、入力部から切替信号が入力されると、車両の走行を開始する。
本明細書で開示する電池制御装置、および電池パックは、使用可能な電池容量をユーザに認識させるという効果を奏する。
実施形態1の電池制御装置の一実施例の機能ブロック図である。 電池制御装置の一実施例のハードウェア構成図である。 コンピュータ装置の一実施例を示すブロック図である。 設定容量テーブルのデータ例を表したテーブルである。 電池制御の処理内容を示すフローチャートである。 電池制御の処理内容を示すフローチャートである。 実施形態2の電池制御装置の一実施例の機能ブロック図である。 要因テーブルのデータ例である。 適正な第1の充電率設定の処理内容を示すフローチャートである。 実施形態3の電池パックの一実施例のハードウェア構成図である。
[実施形態1]
実施形態1の電池制御装置について説明する。
まず、図4(b)を参照して、電池の電池容量[Ah]について、下記の説明で使用する用語を説明する。なお、以下の説明においては、電池容量、および充電率[%]と記載した場合には、それぞれ電池の電池容量、および電池の充電率であるものとする。また、下記の説明において、百分率を用いた各値の換算に関しては、式のみで示すものとする。
図4(b)の縦軸は充電率であり、充電率は、満充電時における電池容量に対して残容量[Ah]がどのくらいの比率であるのかを示している。すなわち、充電率は、残容量を満充電容量[Ah]で除算した値であり、下記式(1)で算出される比率である。

充電率=残容量/満充電容量×100・・・(1)

以下に、図4(b)に示す符号a〜jの用語の定義について説明する。
a.満充電容量
満充電容量は、電池の充電状態が満充電のときに、電池に蓄えられている電池容量のことを言う。すなわち、満充電容量は、充電率が100[%]のときの残容量と同じ電池容量である。
b.残容量
残容量は、現在の充電率[%]に対応した電池容量のことを言う。すなわち、残容量は、満充電容量に現在の充電率を乗算した値であり、下記式(2)で算出される電池容量である。

残容量=満充電容量×現在の充電率/100・・・(2)

c.有効容量
有効容量[Ah]は、電池を運用する充電率の上限値(第3の充電率[%])と下限値(第2の充電率[%])との間で使用される電池容量のことを言う。すなわち、有効容量は、満充電容量に第3の充電率を乗算した値から、満充電容量に第2の充電率を乗算した値を減算した値であり、下記式(3)で算出される電池容量である。

有効容量=(第3の充電率−第2の充電率)×満充電容量/100・・・(3)

d.使用可能容量
使用可能容量[Ah]は、有効容量のうち未使用の電池容量のことを言う。すなわち、電池の現在の状態において、使用可能な電池容量のことである。使用可能容量は、満充電容量に現在の充電率を乗算した値から、満充電容量に第2の充電率を乗算した値を減算した値であり、下記式(4)で算出される電池容量である。

使用可能容量=(現在の充電率−第2の充電率)×満充電容量/100・・・(4)

e.通常容量
通常容量[Ah]は、通常モードのときに、車両の駆動電力として使用される電池容量であり、第3の充電率と第1の充電率[%]との間で使用される電池容量のことを言う。すなわち、通常容量は、満充電容量に第3の充電率を乗算した値から、満充電容量に第1の充電率を乗算した値を減算した値であり、下記式(5)で算出される電池容量である。

通常容量=(第3の充電率−第1の充電率)×満充電容量/100・・・(5)

ここで、通常モードは、電池制御装置で行なわれる電池制御の電池制御モードの一つであり、現在の充電率が第1の充電率よりも高いときに、電池制御装置で実行される電池制御モードである。電池制御装置は、通常モードにおいて、現在の充電率を監視し、現在の充電率が第1の充電率以下となると、車両の走行を停止し、ユーザに現在の充電率が第1の充電率以下となったことを通知する制御を行なう。
f.リザーブ容量
リザーブ容量[Ah]は、リザーブモードのときに使用する電池容量であり、第1の充電率と第2の充電率との間で使用される電池容量のことを言う。すなわち、リザーブ容量は、満充電容量に第1の充電率を乗算した値から、満充電容量に第2の充電率を乗算した値を減算した値であり、下記式(6)で算出される電池容量である。

リザーブ容量=(第1の充電率−第2の充電率)×満充電容量/100・・・(6)

ここで、リザーブモードは、電池制御装置で行なわれる電池制御モードの一つであり、現在の充電率が第1の充電率以下のときに、電池制御装置で実行される電池制御モードである。電池制御装置は、リザーブモードにおいて、現在の充電率を監視し、現在の充電率が第2の充電率以下となると、車両の走行を停止し、ユーザに現在の充電率が第2の充電率以下となったことを通知する制御を行なう。また、電池制御装置は、リザーブモードにおいて、車両の充電が開始されると、自動的に電池制御モードを通常モードに切替える制御を行なう。
g.第1の充電率
第1の充電率は、ユーザにより予め定められた通常容量とリザーブ容量との間の充電率である。すなわち、第1の充電率は、通常容量に対応する電池容量がなくなり、リザーブ容量に対応する電池容量が上限値のときの充電率である。
h.第2の充電率
第2の充電率は、有効容量の下限値のことを言う。第2の充電率は、電池の特性や、使用環境によりことなり、電池としての能力と耐久性や安全性とをバランスするようにユーザによって設定される。なお、第2の充電率を定めるときには、電池の過放電などに注意すると良い。
i.第3の充電率
第3の充電率は、有効容量の上限値のことを言う。第3の充電率は、電池の特性や、使用環境によりことなり、電池としての能力と耐久性や安全性とをバランスするようにユーザによって設定される。なお、第3の充電率を定めるときには、電池の過充電などに注意すると良い。
j.現在の充電率
現在の充電率は、電池制御装置が現在時刻の直前に推定した充電率のことを言う。より具体的には、車両の走行中に取得した最新の充電率のことを言う。なお、下記の説明において、「現在の」というときには、最新の情報を示すものとする。
図1について説明する。
図1は、実施形態1の電池制御装置の一実施例の機能ブロック図である。
図1に示す電池制御装置1は、電池の使用可能容量を推定し、使用可能容量が少なくなった時に車両を停止させる。そして、電池制御装置1は、特定の操作をユーザが行なうことにより、残りの使用可能容量を使用して、車両を走行させることができるようにする。また、ユーザは、特定の操作をすることにより使用可能容量が少なくなったことを認識するので、使用可能容量がなくなる前に充電ステーションに立ち寄って、充電スタンドで電池を充電することができる。なお、下記の説明では、使用可能容量が少なくなったか否かの判定は、電池の充電率を監視することにより行なうことを例として説明する。
電池制御装置1は、制御部10、電力供給部20、接続部30、電力変換部40、電圧測定部70、および電流測定部80を有する。そして、電力供給部20は、接続部30と電力変換部40とを介して駆動部50に接続されている。また、電力供給部20は、接続部30を介して補機部60に接続されている。なお、図1の各構成要素を結ぶ線において、太線は電力の供給経路を示している。そして、細線は、信号の送受信経路を示している。
制御部10は、現在の充電率を監視する。そして、制御部10は、通常モードにおいて、第1の充電率と電力供給部20の現在の充電率とが等しくなったときに、接続部30を制御して、電力供給部20から駆動部50への電力の供給を切断する。また、制御部10は、通常モードにおいて、接続部30を制御して、電力供給部20から駆動部50への電力の供給を切断し、車両が停止すると、通常モードとリザーブモードとを切替える切替信号の入力を受け付ける。さらに、制御部10は、車両が停止したときに、切替信号が入力されると、接続部30を制御して、電力供給部20から駆動部50へのリザーブ容量による電力の供給を開始する。制御部10は、リザーブモードにおいて、車両の充電が開始されると、自動的に電池制御モードを通常モードに切替える。また、制御部10は、リザーブモードにおいて、現在の充電率が第2の充電率と等しくなったときに、接続部30を制御して、電力供給部20から駆動部50への電力の供給を切断する。
制御部10は、入力部101、出力部102、通信部103、取得部104、容量推定部105、設定容量テーブル106、判定部107、通知部108、切替部109、および停止部110を有する。
入力部101は、ユーザからの各種情報の入力を受け付ける。一例として、入力部101は、ユーザからの切替信号の入力を受け付ける。また、入力部101は、ユーザからの第1〜3の充電率の設定信号の入力を受け付ける。そして、入力部101は、切替信号が入力されると、切替信号を切替部109に出力する。また、入力部101は、設定信号が入力されると、設定信号に含まれる第1〜3の充電率を設定容量テーブル106に格納する。
出力部102は、制御部10で生成された各種情報を示す信号を出力する。一例として、出力部102は、容量推定部105、または切替部109で生成されたオン信号、およびオフ信号を接続部30に出力する。また、出力部102は、制御部10で生成された電力調整信号を電力変換部40に出力する。
通信部103は、各種情報を示す信号の送受信をする。一例として、通信部103は、GPS(Global Positioning System)の測位情報、気温情報、渋滞情報、周辺地図情報、および天気情報などを示す信号を受信する。これにより、制御部10は、通信部103を用いて、測位情報、気温情報、渋滞情報、周辺地図情報、および天気情報などを取得する。
取得部104は、電力供給部20の状態情報を示す信号を取得する。一例として、取得部104は、電圧測定部70で測定された電力供給部20の電圧値を示す信号を取得する。また、取得部104は、電流測定部80で測定された電力供給部20の電流値を示す信号を取得する。そして、取得部104は、取得した電圧値を示す信号を容量推定部105に出力する。また、取得部104は、取得した電流値を示す信号を容量推定部105に出力する。これにより、容量推定部105は、電池205の電圧値と、電流値とを取得する。
容量推定部105は、電力供給部20の現在の充電率を推定する。そして、容量推定部105は、推定した現在の充電率を、判定部107、および、通知部108に出力する。現在の電池容量の推定の一例として、容量推定部105は、接続部30を制御して、電力供給部20から駆動部50への電力の供給を切断し、取得部104を介して電圧測定部70で測定された電力供給部20の開放電圧値を取得する。これにより、容量推定部105は、図示しない車両に搭載された電池の開放電圧値と充電率との関係を示すテーブルから、取得した開放電圧値に対応する充電率を抽出することにより、現在の充電率を推定する。また、車両の走行中の充電率を推定するとき、容量推定部105は、開放電圧値に対応する充電率を初回の充電率とする。そして、容量推定部105は、車両の走行中に電流測定部80で測定される電流値を積算して充電率変化分を算出する。これにより、容量推定部105は、初回の充電率に、算出した充電率変化分を加算することで、走行中に変化する電池の充電率を推定する。なお、現在の充電率の推定については、上記以外にも公知に知られている各種方法を用いても良い。
設定容量テーブル106には、通常モードに対応する充電率の上限値と、充電率の下限値とを格納する。また、設定容量テーブル106には、リザーブモードに対応する充電率の上限値と、充電率の下限値とを格納する。一例として、設定容量テーブル106は、入力部101から第1の充電率の設定信号が入力されると、入力された第1の充電率を通常モードの下限値と、リザーブモードの上限値として格納する。また、設定容量テーブル106は、入力部101から第2の充電率の設定信号が入力されると、入力された第2の充電率をリザーブモードの下限値として格納する。さらに、設定容量テーブル106は、入力部101から第3の充電率の設定信号が入力されると、入力された第3の充電率を通常モードの上限値として格納する。なお、設定信号は、通信部103を介して入力されても良い。設定容量テーブル106の具体的なデータ例は、図4(a)を参照して後述する。
判定部107は、設定容量テーブル106に格納されている第1の充電率と、容量推定部105で推定された現在の充電率とを比較する。そして、判定部107は、通常モードのときに、現在の充電率が第1の充電率以下となった場合、通知部108、切替部109、および停止部110に、現在の充電率が第1の充電率以下となったことを示す第1の下限信号を出力する。また、判定部107は、リザーブモードのときに、現在の充電率が第2の充電率以下となった場合、通知部108、および停止部110に、現在の充電率が第2の充電率以下となったことを示す第2の下限信号を出力する。
通知部108は、ユーザに制御部10が示す情報を提示する。一例として、通知部108は、容量推定部105から現在の電池容量が入力されると、ユーザに現在の電池容量を通知する。また、通知部108は、判定部107から第1の下限信号が入力されると、ユーザに現在の充電率が第1の充電率以下となったことを通知する。さらに、通知部108は、判定部107から第2の下限信号が入力されると、ユーザに現在の充電率が第2の充電率以下となったことを通知する。また、通知部108は、制御部10の電池制御モードが通常モードのときには、ユーザに現在の電池制御モードが通常モードであることを通知する。そして、通知部108は、制御部10の電池制御モードがリザーブモードのときには、ユーザに現在の電池制御モードがリザーブモードであることを通知する。さらに、通知部108は、切替部109が切替信号を受け付け中のときには、切替信号を受付中であることを通知する。
切替部109は、制御部10の電池制御モードを、通常モードとリザーブモードとで切替える。一例として、切替部109は、第1の下限信号が入力された後に、停止部110から車両が停止したことを示す車両停止信号が入力されると、入力部101からの切替信号の入力を受け付ける。
切替部109は、入力部101から切替信号が入力されると、電池制御モードを通常モードからリザーブモードに切替える。そして、切替部109は、出力部102を介して接続部30にオン信号を出力する。また、切替部109は、リザーブモード中に車両の充電が開始されたとき、電池制御モードを通常モードに切替える。そして、切替部109は、出力部102を介して接続部30にオン信号を出力する。
停止部110は、第1の下限信号、および第2の下限信号が入力されると、車両の走行を停止する。一例として、停止部110は、第1の下限信号、および第2の下限信号が入力されると、接続部30にオフ信号を出力して、電力供給部20から駆動部50への電力の供給を切断することにより、車両の走行を停止する。そして、停止部110は、車両が停止したか否かを監視し、車両が停止したときに、車両停止信号を切替部109に出力する。
変形例として、第1の下限信号が入力されたとき、停止部110は、出力部102を介して電力変換部40に電力の調整を指示するための電力調整信号を出力し、徐々に電力供給部20から駆動部50に供給する電力を絞りながら車両を走行させても良い。そして、停止部110は、車両の速度が予め定めた一定の速度以下、または駆動部50に供給する電力が一定の電力以下となったときに、接続部30にオフ信号を出力して、電力供給部20から駆動部50への電力の供給を切断することにより、車両の走行を停止しても良い。これにより、制御部10は、第1の下限信号が入力されたときに、直ちに電池205からモータ212への電力の供給を切断するのに比べて、ユーザが車両を路肩に寄せるまでの時間的猶予を多く持たせることができる。
電力供給部20は、接続部30と電力変換部40とを介して駆動部50に接続され、駆動部50に電力を供給する。また、電力供給部20は、接続部30を介して補機部60に電力を供給する。なお、補機部60との間に図示しない電力変換部を備え、電力供給部20は、接続部30と電力変換部とを介して補機部60に電力を供給しても良い。
接続部30は、電力供給部20と電力変換部40、および駆動部50との接続を切替える。また、接続部30は、電力供給部20と、補機部60との接続を切替える。一例として、接続部30は、オン信号が入力されると、電力供給部20と電力変換部40、および駆動部50とを接続し、通電状態にする。また、接続部30は、オフ信号が入力されると、電力供給部20と電力変換部40、および駆動部50とを遮断し、通電停止状態にする。また、接続部30は、電力供給部20と補機部60との接続を切替える。一例として、接続部30は、補機オン信号が入力されると、電力供給部20と補機部60とを接続し、通電状態にする。また、接続部30は、補機オフ信号が入力されると、電力供給部20と補機部60とを遮断し、通電停止状態にする。なお、補機オン信号と、補機オフ信号とは、制御部10で生成され、出力部102を介して接続部30に入力される信号である。
電力変換部40は、接続部30から供給される電力の電圧、および電流を変換し、駆動部50に供給する。また、電力変換部40は、駆動部50から供給される回生電力の電圧、および電流を変換し、電力供給部20に供給する。一例として、電力変換部40は、制御部10から電力調整信号が入力されることにより、電力調整信号に含まれる電圧値、電流値、および交流または直流を指示する信号に基づいて、電力供給部20から供給される電力を変換し、駆動部50に供給する。
駆動部50は、車両を走行する動力源である。一例として、駆動部50は、接続部30がオン状態になり、電力供給部20と接続されたとき、電力供給部20から供給される電力を用いて車両を走行させる。
補機部60は、車両の動力源以外の構成要素である。一例として、補機部60は、接続部30が補機オン状態になり、電力供給部20と接続されたときに、電力供給部20から供給される電力を用いて車両の動力源以外の機能として動作する。なお、補機部60は、図示しない電力変換部を有し、車両の動力源以外の構成要素それぞれに、適合した電力を配分しても良い。
電圧測定部70は、電力供給部20の電圧値を測定する。そして、電圧測定部70は、測定した電圧値を取得部104に出力する。なお、電圧測定部70は、制御部10から電圧値の取得要求があったときのみ、測定した電圧値を取得部104に出力しても良い。
電流測定部80は、電力供給部20の電流を測定する。そして、電流測定部80は、測定した電流値を取得部104に出力する。なお、電流測定部80は、制御部10から電流値の取得要求があったときのみ、測定した電流値を取得部104に出力しても良い。
図2について説明する。
図2は、電池制御装置の一実施例のハードウェア構成図である。
図2において、図1を用いて説明した機能を実現するための電池制御装置1のハードウェア構成の一例を示す。
図2に示す電池制御装置1は、制御装置201、電池205、電圧計206、電流計207、温度計208、メインスイッチ209、主機スイッチ210、および電力変換回路211を備えている。
制御装置201は、補機電池202と並列に接続され、補機電池202から供給される電力で動作する。そして、制御装置201は、例えば、後述するコンピュータ装置であり、図1の制御部10として機能する。また、制御装置201は、補機電池202から供給される電力で駆動するため、メインスイッチ209のオン状態、およびオフ状態に関わらず、常に駆動することができる。そして、制御装置201は、図示しないレギュレータやコンバータなどの降圧回路を含み、補機電池202から入力される電力の電圧、および電流を適宜変換して、自身の駆動電力として用いる構成である。
補機電池202は、制御装置201に電力を供給するための電池である。また、補機電池202は、制御装置201の他にも補機類203に電力を供給する。補機電池202は、例えば、鉛電池、リチウムイオン2次電池、およびニッケル水素2次電池などである。
補機類203は補機や車載機器などであり、補機電池202と並列に接続され、補機電池202から供給される電力で動作する。補機類203に含まれる車載機器は、例えば、ヘッドライトや、エアコンの空調用コンプレッサーなどである。そして、補機類203は、図1の補機部60として機能する。なお、補機類203は、補機電池202から供給される電力で駆動するため、メインスイッチ209のオン状態、およびオフ状態に関わらず、常に駆動することができる。
ボディアース204は、制御装置201、補機電池202、および補機類203と接続されている。
電池205は、モータ212、および補機類214(以下、モータ212、および補機類214を合わせて負荷ともいう。)と並列に接続される。そして、電池205は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などであり、図1の電力供給部20として機能する。なお、電池205は、複数のセルを直列、または並列に接続した組電池でも良い。
電圧計206は、電池205に並列に接続され、電池205の電圧値を測定する。そして、電圧計206は、図1の電圧測定部70として機能する。
電流計207は、電池205の出力側の電力線Boで、電池205と直列に接続され、電池205からの出力電流値を測定する。そして、電流計207は、図1の電流測定部80として機能する。
温度計208は、電池205に近接して設置され、電池205の温度を測定し、制御装置201に測定した温度の値を出力する。
メインスイッチ209は、一端が電池205と接続され、他端が電力変換回路211と補機電池202との結合点に接続される。これにより、メインスイッチ209は、電池205からモータ212、および補機類214に電力を供給するか否かを切替える。そして、メインスイッチ209は、例えば、電磁リレーであり、図1の接続部30として機能する。
主機スイッチ210は、メインスイッチ209と、電力変換回路211との間に直列に接続される。そして、主機スイッチ210は、電池205からモータ212に電力を供給するか否かを切替える。より具体的には、メインスイッチ209、および主機スイッチ210がどちらもオン状態のとき、電池205とモータ212が接続状態になる。そして、主機スイッチ210は、例えば、電磁リレーであり、図1の接続部30として機能する。
電力変換回路211は、主機スイッチ210とモータ212との間に直列に接続さる。そして、電力変換回路211は、コンバータやインバータなどであり、図1の電力変換部40として機能する。
モータ212(主機)は、電力変換回路211と電池205の負極側との間に直列に接続される。また、モータ212は、補機類214と並列に接続される。そして、モータ212は、例えば、電磁モータであり、図1の駆動部50として機能する。
補機スイッチ213は、メインスイッチ209と、補機類214との間に直列に接続される。そして、補機スイッチ213は、電池205から補機類214に電力を供給するか否かを切替える。より具体的には、メインスイッチ209、および補機スイッチ213がどちらもオン状態のとき、電池205と補機類214が接続状態になる。そして、主機スイッチ210は、例えば、電磁リレーであり、図1の接続部30として機能する。
補機類214は補機や車載機器を含み、補機スイッチ213と電池205の負極側との間に直列に接続される。補機類214は、モータ212と並列に接続される。そして、補機類214に含まれる車載機器は、例えば、ヘッドライトや、エアコンの空調用コンプレッサーなどである。そして、補機類214は、図1の補機部60として機能する。なお、補機類203と補機類214とに含まれる補機は、相互に交換可能であり、全ての補機を補機類203に含ませるのであれば、補機スイッチ213と補機類214とは、省略しても良い。また、図2では、モータ212と、補機類214と、電池205とを直流回路の共用線で接続した。これに限らず、電池205の電圧がボディアース204に接続しても安全性を保持できる程度の電圧の場合には、電池205と、モータ212と、補機類214とをボディアース204に接続しても良い。
図3について説明する。
図3は、図2に示したコンピュータ装置の一実施例を示すブロック図である。
図3において、コンピュータ装置(制御装置201)は、制御回路301、記憶装置302、読取装置303、記録媒体304、通知装置305、通信インターフェイス306(通信I/F)、および入出力インターフェイス307(入出力I/F)を備えている。また、各構成要素は、バス300により接続されている。
制御回路301は、コンピュータ装置全体の制御をする。そして、制御回路301は、例えば、CPU、マルチコアCPU、FPGA(Field Programmable Gate Array)およびPLD(Programmable Logic Device)などである。制御回路301は、図1において、取得部104、容量推定部105、判定部107、切替部109、および停止部110として機能する。
記憶装置302は、各種データを記憶する。そして、記憶装置302は、例えば、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などのメモリや、HD(Hard Disk)などで構成される。そして、ROMは、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。RAMは、制御回路301のワークエリアとして使用される。HDは、OS(Operating System)、アプリケーションプログラム、ファームウェアなどのプログラム、および各種データを記憶している。また、記憶装置302は、図1の設定容量テーブル106を記憶している。なお、設定容量テーブル106は、制御回路301が通信インターフェイス306を介してアクセス可能であれば、ネットワーク308上のサーバに記憶されていても良い。
また、記憶装置302に、電池制御装置1が電池制御をするときに、制御回路301を取得部104、容量推定部105、判定部107、切替部109、および停止部110として機能させるための電池制御プログラムを記憶する。そして、電池制御を開始するときに、制御回路301は、電池制御プログラムをRAMに読み出す。これにより、制御回路301は、RAMをワークスペースとして動作することにより、取得部104、容量推定部105、判定部107、切替部109、および停止部110として機能する。なお、電池制御プログラムは、制御回路301が通信インターフェイス306を介してアクセス可能であれば、ネットワーク308上のサーバに記憶されていても良い。
また、記憶装置302がHDである場合、HDは、HDD(Hard Disk Drive)を介してバス300に接続される。そして、HDは、HDDが制御回路301に制御され、データのリード/ライトが行なわれる。
読取装置303は、制御回路301に制御され、着脱可能な記録媒体304のデータのリード/ライトを行なう。そして、読取装置303は、例えば、FDD(Floppy Disk Drive)、CDD(Compact Disc Drive)、DVDD(Digital Versatile Disk Drive)、BDD(Blu−ray Disk Drive:登録商標)およびUSB(Universal Serial Bus)などである。また、読取装置303は、記録媒体304に記録された電池制御プログラムを読み出し、記憶装置302に記憶する。
記録媒体304は、各種データを保存する。一例として、記録媒体304は、電池制御プログラムを保存する。そして、記録媒体304は、読取装置303を介してバス300に接続され、制御回路301が読取装置303を制御することにより、データのリード/ライトが行なわれる。また、記録媒体304は、例えば、FD(Floppy Disk)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disk)、BD(Blu−ray Disk:登録商標)、およびフラッシュメモリなどである。
通知装置305は、入力された情報を映像として表示することにより、ユーザに通知する。通知装置305は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)およびOELD(Organic Electroluminescence Display)などである。また、通知装置305は、入力された情報をランプの点灯や、スピーカからの音声により、ユーザに通知する構成でも良い。そして、通知装置305は、図1において、通知部108として機能する。
通信インターフェイス306は、通信インターフェイス306は、電力線通信、LAN(Local Area Network)、無線通信、またはインターネットなどのネットワーク308を介して、コンピュータ装置と他の装置とを通信可能に接続する。また、通信インターフェイス306は、GPS装置を介して、車両の測位情報を取得する。そして、通信インターフェイス306は、図1において、通信部103として機能する。
入出力インターフェイス307は、例えば、機械式のボタン、イグニッションスイッチ、キーボード、マウス、タッチパネル、スキャナ、およびプリンタなどと接続され、接続された装置が操作から各種情報を示す信号が入力されると、バス300を介して入力された信号を制御回路301に出力する。また、入出力インターフェイス307は、制御回路301から出力された各種情報を示す信号がバス300を介して入力されると、接続された各種装置にその信号を出力する。そして、入出力インターフェイス307は、図1において、入力部101、および出力部102として機能する。
図4について説明する。
図4は、設定容量テーブルのデータ例を表したテーブルである。
図4(a)に示す設定容量テーブル106は、電池205の電池としての能力と耐久性や安全性とをバランスするようにユーザによって設定された充電率である。図4に示す設定容量テーブル106では、一例として、通常モードの上限値を充電率90[%]、および下限値を充電率20[%]と設定している。また、図4に示す設定容量テーブル106では、一例として、リザーブモードの上限値を充電率20[%]、および下限値を充電率10[%]と設定している。ユーザにより設定容量テーブル106の値は、任意に決定されるものであるが、以下の説明では、一例として、図4(a)に示す値を用いる。
図5、6について説明する。
図5、6は、電池制御の処理内容を示すフローチャートである。
図5、6に示すフローチャートは、電池制御装置1が通常モードとリザーブモードとを切り替えながら車両を走行させるときの処理を示している。以下の説明では、図2、および図3を参照して説明する。また、通常モードの充電率の上限値、および下限値には、それぞれ図4(a)に示される値を一例として用いる。さらに、リザーブモードの充電率の上限値、および下限値には、それぞれ図4(a)に示される値を一例として用いる。
まず、ユーザによりイグニッションスイッチがオンされるなどして、車両の走行が開始されると、制御回路301は、入出力インターフェイス307を介して電池205の充電率を取得する。そして、制御回路301は、電池205の充電率(現在の充電率)が20[%]よりも高いか否かを判定する(S501)。
制御回路301は、電池205の充電率が20[%]よりも高いとき(S501にてYes)、電池制御を通常モードで行なうことを決定する。そして、制御回路301は、通知装置305に通常モードで電池制御することを示す信号を出力する。
通知装置305は、通常モードで電池制御することを示す信号が入力されると、ランプの点灯、ディスプレイ表示、およびスピーカ音声などの手段を用いてユーザに通常モードで電池制御することを通知する(S502)。
制御回路301は、通常モードでの電池制御を開始する(S503)。そして、制御回路301は、車両の走行中に電池205の充電率を監視する(S504)。
制御回路301は、電池205の充電率が20[%]以下になるまで、S504の処理を繰り返す(S504にてNo)。
そして、制御回路301は、電池205の充電率が20[%]以下になると(S504にてYes)、通常容量がなくなったことを示す信号(判定部107の第1の下限信号)を通知装置305に出力する。
通知装置305は、通常容量がなくなったことを示す信号が入力されると、ランプの点灯、ディスプレイ表示、およびスピーカ音声などの手段を用いてユーザに通常容量がなくなったことを通知する(S505)。
そして、制御回路301は、主機スイッチ210をオフ状態にして、モータ212への電力の供給を切断する(S506)。このとき、車両が補機類214を備える場合には、補機スイッチ213のオン状態を保つようにしても良い。これにより、例えば、ウィンカーの点灯をして後続車に車両が停止することを知らせるなど、車両を停止するときの安全性を確保するのに必要な機能を継続して利用することができる。なお、補機類214に割り当てられている構成要素がエアコン用のコンプレッサーなど、車両が停止する際の安全性の向上に関係性の低い装置のみであるときには、メインスイッチ209(補機スイッチ213)をオフ状態にしても良い。また、S506において、車両が停止する際の安全性の向上に関係性の低い装置のみ停止させるように、補機スイッチ213を構成しても良い。後述する図6のS609の処理においても同様である。
S506の処理を行なうと、制御回路301は、車両が停止(速度0[km])したか否かを判定する(S507)。制御回路301は、車両が停止するまで、S507の処理を繰り返す(S507にてNo)。そして、車両が停止する(S507にてYes)と、制御回路301は、S601の処理に移行する。S601以降の処理については、図6を参照して後述する。
ここで、S501の処理において、電池205の充電率が20[%]以下の場合について説明する。
S501において、制御回路301は、電池205の充電率が20[%]以下であると判定すると(S501にてNo)、さらに電池205の充電率が10[%]以下であるか否かを判定する(S508)。
制御回路301は、電池205の充電率が10[%]よりも高いとき(S508にてNo)、S601の処理に移行する。S601以降の処理については、図6を参照して後述する。
制御回路301は、電池205の充電率が10[%]以下のとき(S508にてYes)、図6のS608の処理に移行する。S608以降の処理については、図6を参照して後述する。
図6を参照して説明する。
図5のS507にてYes、またはS508にてNoであった場合、制御回路301は、電池制御の通常モードからリザーブモードへの切替を受け付ける(S601)。一例として、制御回路301は、ユーザが入出力インターフェイス307に接続されているボタンを押下げする、またはイグニッションスイッチをオフオンする(以下、切替操作という。)などしたときに入力される切替信号の入力を受け付ける。このときに、制御装置201は、通知装置305を制御することにより、リザーブモードへの切替を受け付けることを、通知装置305によるランプの点灯、ディスプレイ表示、およびスピーカ音声などを用いてユーザに通知しても良い。
制御回路301は、ユーザにより切替操作がされたか否かを判定する(S602)。制御回路301は、ユーザにより切替操作がされ、切替信号が入力されるまで、S602の処理を繰り返す(S602にてNo)。
制御回路301は、ユーザにより切替操作がなされて、切替信号が入力されると(S602にてYes)、リザーブモードで電池制御することを決定する。そして、制御回路301は、通知装置305にリザーブモードで電池制御することを示す信号を出力する。
通知装置305は、リザーブモードで電池制御することを示す信号が入力されると、ランプの点灯、ディスプレイ表示、およびスピーカ音声などの手段を用いてユーザにリザーブモードで電池制御することを通知する(S603)。このときに、通知装置305は、充電率が10[%]であることを通知しても良い。さらに、通知装置305は、充電ステーションに立ち寄り、電池205の充電を行なうようにユーザに通知しても良い。
制御回路301は、リザーブモードでの電池制御を開始する(S604)。そして、制御回路301は、車両の走行中に電池205の充電率を監視し、電池205の充電率が10[%]以下になったか否かを判定する(S605)。
制御回路301は、電池205の充電率が10[%]よりも高いと判定すると(S605にてNo)、車両の充電が開始されたか否かを判定する(S606)。なお、制御回路301は、充電スタンドと、充電ケーブルを用いた電力線通信、非接触給電用のコイルを用いたコイル間通信、または無線通信装置を用いた無線通信を行なうことにより、充電スタンドから充電を開始したことを通知される。または、制御回路301は、入出力インターフェイス307に接続された入力装置を用いたユーザの入力により、電池205の充電が開始されたことを通知される。さらに、制御回路301は、適宜公知の方法で充電を開始したこと通知されても良い。以上のように、制御回路301は、充電を開始したことを通知される(充電が開始されたことを示す信号が入力される)ことにより、車両の充電が開始されたと判定する。
そして、制御回路301は、車両の充電が開始されない場合、S605の処理を実行する(S606にてNo)。すなわち、制御回路301は、S605の処理において、電池205の充電率が10[%]以下になったと判定するか、S606の処理において、電池205の充電が開始されたと判定するまで、S605とS606の処理を繰り返す。
制御回路301は、車両の充電が開始されたと判定する(S606にてYes)と、電池制御モードを通常モードに切替(S607)て一連の処理を終了する。
ここで、S605において、充電率が10[%]以下であったときの処理について説明する。
制御回路301は、電池205の充電率が10[%]以下であると判定する(S605にてYes)と、リザーブ容量がなくなったことを示す信号(判定部107の第2の下限信号)を通知装置305に出力する。
通知装置305は、リザーブ容量がなくなったことを示す信号が入力されると、ランプの点灯、ディスプレイ表示、およびスピーカ音声などの手段を用いてユーザにリザーブ容量がなくなったことを通知する(S608)。
そして、制御回路301は、主機スイッチ210をオフ状態にして、モータ212への電力の供給を切断する(S609)。このときには、電池205の使用可能容量が残っていないので、電池205の耐久性や安全性を保持するために、制御回路301は、これ以上の電池205の使用を停止する。すなわち、制御回路301は、メインスイッチ209をオフ状態にすることで電池205からモータ212への電力の供給を切断し、車両を完全に停止する。なお、このときに、室内灯の点灯、ネットワーク308を介してロードサービスに接続されたカーナビなど、必要最低限の補機類214には、電池205から電力を供給しても良い。この場合、第2の充電率よりも低い充電率である第3の充電率をさらに設定しておき、制御回路301は、電池205の充電率が第3の充電率になるまでのみ、必要最低限の補機類214を使用可能とする制御をしても良い。
そして、制御回路301は、車両の充電が開始されたか否かを判定する(S606)。この場合、車両は完全に停止しているので、ロードサービスで派遣された緊急車両などからの電力の供給となる。また、制御回路301による車両の充電が開始されたか否かの判定方法は、S606と同様である。
S506において、制御回路301は、通常容量がなくなると、直ちに主機スイッチ210をオフ状態にしたが、電力変換回路211を制御して、徐々に電池205からモータ212に供給する電力を絞りながら車両を走行させても良い。そして、制御回路301は、車両の速度が予め定めた一定の速度以下、またはモータ212に供給する電力が一定の電力以下となったときに、主機スイッチ210をオフ状態にして、電池205からモータ212への電力の供給を切断することにより、車両の走行を停止しても良い。S609において、リザーブ容量がなくなったときも同様の構成としても良い。これにより、制御回路301は、モータ212の急加速などの機能を停止して電力消費を抑えながら、ユーザが車両を路肩などの安全地帯に寄せるまでに必要な電力を、電池205からモータ212に供給する。したがって、電池制御装置1は、ユーザが惰性運転だけで車両を安全地帯に移動できない場合でも、安全地帯まで車両を走行することができるようにし、車両停止の際の安全性を向上させることができる。
以上に説明したように、実施形態1の電池制御装置1では、車両が備える電池205の有効容量を通常容量とリザーブ容量とに分ける設定をした。そして、電池制御装置1は、通常容量がなくなると車両を一旦停止させ、ユーザからの入力を受け付けることで、リザーブ容量を使用した車両の走行を行なうようにした。これにより、電池制御装置1は、ユーザに自分で切替操作を行なわせるので、電池205の使用可能容量がリザーブ容量分しかないことをユーザに認識させることができる。そして、電池制御装置1は、ユーザに電池205の使用可能容量が少ないことを認識させ、使用可能容量がなくなる前に充電ステーションなどに立ち寄ることを促すことができる。
また、実施形態1の電池制御装置1は、通常容量がなくなったときに、ブレーキを自動動作させて車両を停止させるのではなく、メインスイッチ209や主機スイッチ210をオフ状態にすることにより、車両を停止させる構成にした。これにより、電池制御装置1は、モータ212への電力の供給が切断された後にも、車両の惰性運転を行うことができるようにした。したがって、車両停止の際に、ユーザは車両を安全地帯に移動させることができる。
なお、上記の説明においては、ユーザからの第1〜3の充電率の設定信号の入力を入力部101で受け付ける構成にしたが、通信部103を介してサーバ上に格納されている第1〜3の充電率を取得しても良い。これにより、制御装置201は、車両に搭載されている電池205の特性に応じた第1〜3の充電率の最新の値を、ネットワーク308を通じて取得し、電池制御に反映することができる。
また、上記の説明においては、制御回路301が取得部104、容量推定部105、判定部107、切替部109、および停止部110として機能して制御を行っていたが、これらの機能の一部、または全てを、ネットワーク308を介して接続されるサーバ上に有しても良い。この場合、電池制御装置1は、通信部103を介して各種情報をネットワーク308上のサーバと送受信することにより、制御部10の機能を実現する。
[実施形態2]
実施形態2の電池制御装置について説明する。
実施形態2の電池制御装置2は、実施形態1の電池制御装置1と、同じハードウェア構成であり、電池制御装置2は、電池制御装置1に機能を追加している。したがって、電池制御装置2で、電池制御装置1に追加された機能について説明する。また、電池制御装置2の機能について、電池制御装置1と同じ機能については、同じ符号を付し、説明を省略する。
図7について説明する。
図7は、実施形態2の電池制御装置の一実施例の機能ブロック図である。
電池制御装置2は、電池制御装置1の機能に加えて、燃費推定部111、計時部112、要因テーブル113、容量設定部114、および温度測定部90の機能を備える。
燃費推定部111は、電流測定部80で測定された電流値、および、図示しないパルスセンサで測定された値から得られる走行距離などを用いて燃費[km/Ah]を推定する。
すなわち、燃費推定部111は、車両の走行中に電流測定部80で測定された電流値を積算し、電流を積算している間に車両が走行した走行距離で積算した電流値を除算することにより燃費を算出する。これにより、燃費推定部111は、ユーザの運転の特性に応じた燃費を推定することができる。
そして、燃費推定部111は、推定した燃費を記憶装置302に記憶する。なお、燃費推定部111の燃費推定方法は、適宜公知の技術を用いれば良い。また、燃費推定部111は、容量設定部114からの要求に応じて、容量設定部114に推定した燃費を直接出力しても良い。
計時部112は、現在時刻をカウントし、かつ経過時間を測定する。
要因テーブル113は、第1の充電率(リザーブ容量)を増減させる値を格納した複数の要因ごとのテーブルと、各要因が基準値を示すときの第1の充電率である第1の基準値とを格納した基準テーブル800とを有している。各要因が基準値を示すとは、各要因でリザーブ容量を変化させる必要のない状態である。具体的な要因テーブル113に格納されている複数の要因ごとのテーブルについては、図8を参照して後述により説明する。
容量設定部114は、要因テーブル113を用いて適正な第1の充電率を算出し、算出した第1の充電率を設定容量テーブル106に格納する。ここで、適正な第1の充電率の一例としては、第1の充電率により決まるリザーブ容量を用いて、最寄りの充電ステーションに車両を移動することができる充電率である。そして、最寄りの充電ステーションとは、車両と最も近い充電ステーションでも良い。また、最寄りの充電ステーションとは、車両の目的地が決まっている場合、車両が目的地までに通過する経路上にある充電ステーションの中で最も近い充電ステーションでも良い。さらに、最寄りの充電ステーションとは、リザーブ容量に余裕を持たせるために、車両から2番目に近い充電ステーションでも良い。以上のように、最寄りの充電ステーションとは、車両がリザーブ容量の電力を用いて移動できる、電池205を充電するための充電ステーションのことである。
温度測定部90は、電力供給部20の温度を測定する。そして、温度測定部90は、測定した温度を取得部104に出力する。なお、温度測定部90は、制御部10から温度の取得要求があったときのみ、測定した温度を取得部104に出力しても良い。
図2、図3を参照して、上記で説明した電池制御装置2の各機能を実現する装置について説明する。
制御回路301は、RAMをワークスペースとして動作することにより、図7の燃費推定部111、および容量設定部114として機能する。また、制御回路301は、搭載するCPUなどのクロックをカウントすることで、計時部112として機能する。なお、計時部112は、別にカウンタ回路などの計時手段を備えて実現しても良い。
記憶装置302は、図7の要因テーブル113を記憶する。
温度計208は、図7の温度測定部90として機能する。
図8について説明する。
図8は、要因テーブルのデータ例である。
図8に示される複数の要因ごとのテーブルの値は、実験により決定した値を設定すれば良い。以下の説明では、一例として、図8に示されるそれぞれのテーブルの値は、容量設定部114が適正な第1の充電率を設定することにより、車両がリザーブ容量の電力を用いて、最寄りの充電ステーションに移動することができるように設定されているものとする。
基準テーブル800は、第1の充電率を増減させる複数の要因について、全ての要因が基準値であるときの第1の充電率を第1の基準値として格納している。すなわち、第1の基準値とは、全ての要因が基準値であるとき、車両が最寄りの充電ステーションに移動することができるリザーブ容量が得られる第1の充電率である。
距離テーブル801は、車両と最寄りの充電ステーションとの距離に基づいた第1の充電率(リザーブ容量)の増減分を規定している。一例として、距離テーブル801は、基準となる距離よりも車両と最寄りの充電ステーションとの距離が遠いほど、充電ステーションに車両を移動するのに多くの電力を消費するため、第1の充電率を増加するように設定される。逆に、距離テーブル801は、基準となる距離よりも車両と最寄りの充電ステーションとの距離が近いほど、充電ステーションに車両を移動するための電力の消費が減少するため、第1の充電率を減少するように設定される。なお、車両と最寄りの充電ステーションとの距離の基準値を10≦a<20とした場合、a2は、0[%]と設定される。
気温テーブル802は、車両が走行しているときの外気の気温に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、気温テーブル802は、気温が低いとき、および気温が高いときに、ユーザがエアコンを使用する可能性が高いので、充電ステーションに車両を移動する間に車両を走行する以外にも電力を消費することを想定し、第1の充電率を増加するように設定される。すなわち、気温テーブル802は、車両が走行しているときの外気の気温が基準となる気温から乖離するほど、第1の充電率を増加するように設定される。なお、車両が走行しているときの外気の気温の基準値を20≦b<30とした場合、b3は、0[%]と設定される。また、外気の気温の基準値には、ユーザによるエアコンの使用がないと推定される気温を設定すれば良い。
渋滞テーブル803は、車両と最寄りの充電ステーションとを結ぶ経路で発生している渋滞に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、渋滞の距離が長くなるほど燃費が悪くなり、充電ステーションに車両を移動するのに多くの電力を消費するため、第1の充電率を増加するように設定される。なお、車両と最寄りの充電ステーションとを結ぶ経路で発生している渋滞の基準値を0≦c<5とした場合、c1は、0[%]と設定される。
時間テーブル804は、車両が走行している時間帯に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、時間テーブル804は、夜、および早朝などライトを点灯する時間においては、車両を走行する以外にも電力を消費することを想定し、第1の充電率を増加するように設定される。なお、車両が走行している時間帯の基準値を12≦d<18とした場合、d3は、0[%]と設定される。
燃費テーブル805は、車両の燃費に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、燃費テーブル805は、燃費が基準となる燃費より悪いほど、充電ステーションに車両を移動するのに多くの電力を消費するため、第1の充電率を増加するように設定される。逆に、燃費テーブル805は、燃費が基準となる燃費より良いほど、充電ステーションに車両を移動するための電力の消費が減少するため、第1の充電率を減少するように設定される。なお、車両の燃費の基準値を3≦e<6とした場合、e3は、0[%]と設定される。
勾配テーブル806は、車両と最寄りの充電ステーションとを結ぶ経路上にある勾配の割合に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、勾配テーブル806は、基準となる割合よりも勾配が多いほど、充電ステーションに車両を移動するのに多くの電力を消費するため、第1の充電率を増加するように設定される。逆に、勾配テーブル806は、基準となる割合よりも勾配が少ないほど、充電ステーションに車両を移動するための電力の消費が減少するため、第1の充電率を減少するように設定される。なお、車両と最寄りの充電ステーションとを結ぶ経路上にある勾配の割合の基準値を0≦f<10とした場合、f1は、0[%]と設定される。
天気テーブル807は、車両が走行しているときの天気に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、天気テーブル807は、天候が雨や雪などであり路面状況が悪くなるほど車両の燃費が悪くなり、充電ステーションに車両を移動するのに多くの電力を消費するため、第1の充電率を増加するように設定される。なお、車両が走行しているときの天気の基準値を晴れとした場合、g1は、0[%]と設定される。
電池温度テーブル808は、車両が走行しているときの電池205の温度に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、電池205の温度が低いとき、電池の内部抵抗が高くなり、電圧計206で測定される開放電圧の値が低くなる。このため、電池205の温度が低いとき、開放電圧から充電率を推定すると、推定される充電率は、開放電圧が低く測定された分だけ実際の充電率よりも低くなる。このとき、開放電圧を用いて推定した充電率を初期値として、電池205に入出力される電流値の積算により充電率の監視を行なうと、その後に推定される充電率は、実際の充電率よりも常に低くなる。よって、電池温度テーブル808は、電池205の温度が低いほど、第1の充電率を増加するように設定される。なお、車両が走行しているときの電池205の温度の基準値を20≦h<40とした場合、h2は、0[%]と設定される。
劣化テーブル809は、電池205の劣化状態(State of Charge:SOH)に基づいた第1の充電率の増減分を規定している。一例として、電池205は、劣化が進行するほど、電池205の満充電容量が少なくなるため、第1の充電率を一定とするとリザーブ容量も少なくなる。したがって、劣化テーブル809は、電池205の劣化状態によらず、リザーブ容量を一定にするために、電池205の劣化が進むほど、第1の充電率を増加するように設定される。なお、車両が走行しているときの電池205の温度の基準値を90≦i<100とした場合、i1は、0[%]と設定される。
図9について説明する。
図9は、適正な第1の充電率設定の処理内容を示すフローチャートである。
図9は、制御回路301で、要因テーブル113が有する複数の要因ごとのテーブル801〜809(距離テーブル801、気温テーブル802、渋滞テーブル803、時間テーブル804、燃費テーブル805、勾配テーブル806、天気テーブル807、電池温度テーブル808、および劣化テーブル809など)を用いて、適正な第1の充電率を設定するときの処理手順である。第1の充電率の設定は、制御回路301で行なわれるが、以下の説明では、各機能を明確にするために、図7の機能ブロック図を参照して説明する。
ユーザによりイグニッションスイッチがオンされるなどして、車両の走行が開始されたとき、および一定時間ごとなどに、容量設定部114は、第1の充電率の設定を開始する。なお、一定時間とは、予め設定された値であり、計時部112により計時される。
すると、容量設定部114は、図8に示す複数の要因ごとのテーブル801〜809から、それぞれ第1の充電率の増減分を抽出するための各要因の情報(以下、要因情報という。)を取得する(S901)。
具体的な各要因情報の取得方法は、以下の通りである。ただし、以下に示す方法は、一例であり、適宜任意の方法で各要因情報を取得すれば良い。なお、図8に示す複数の要因ごとのテーブル801〜809を用いる場合の各要因情報は、距離情報、気温情報、経路渋滞情報、現在時刻情報、燃費情報、勾配情報、天気情報、温度情報、および劣化情報などである。
距離テーブル801から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、通信部103を利用して、ネットワーク308を介して接続されるサーバから周辺地域の地図情報を取得する。また、容量設定部114は、GPSから測位情報を取得する。そして、容量設定部114は、取得した周辺地図情報と、測位情報とを利用して、車両の位置と最寄りの充電ステーションとの位置関係を把握し、両者間の距離(以下、距離情報と言う。)を取得する。
気温テーブル802から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、通信部103を利用して、ネットワーク308を介して接続されるサーバから車両が走行している周辺地域の気温(以下、気温情報という。)を取得する。
渋滞テーブル803から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、ネットワーク308を介して接続されるサーバから車両が走行している周辺地域の地図情報、および渋滞情報を取得する。また、容量設定部114は、GPSから測位情報を取得する。そして、容量設定部114は、取得した周辺地図情報と、測位情報とを利用して、車両の位置と最寄りの充電ステーションとの位置関係を把握する。さらに、容量設定部114は、取得した渋滞情報から、車両と最寄りの充電ステーションとを結ぶ経路で発生している渋滞の長さ(以下、経路渋滞情報という。)を取得する。
時間テーブル804から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、計時部112から現在時刻(以下、現在時刻情報という。)を取得する。
燃費テーブル805から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、燃費推定部111で算出され、記憶装置302に記憶された燃費(以下、燃費情報という。)を取得する。
勾配テーブル806から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、ネットワーク308を介して接続されるサーバから車両が走行している周辺地域の地図情報を取得する。また、容量設定部114は、GPSから測位情報を取得する。そして、容量設定部114は、取得した周辺地図情報と、測位情報とを利用して、車両の位置と最寄りの充電ステーションとの位置関係を把握する。さらに、容量設定部114は、周辺地図情報を参照して、把握した車両と最寄りの充電ステーションとを結ぶ経路にある勾配の割合(以下、勾配情報という。)を取得する。
天気テーブル807から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、通信部103を利用して、ネットワーク308を介して接続されるサーバから車両が走行している周辺地域の天気(以下、天気情報という。)を取得する。
電池温度テーブル808から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、取得部104を利用して、温度測定部90から電力供給部20(電池205)の温度(以下、温度情報という。)を取得する。
劣化テーブル809から第1の充電率の増減分を取得するために、容量設定部114は、電池205の劣化状態(以下、劣化情報という。)を取得する。一例として、劣化状態は、電池205の内部抵抗との相関があるため、予め電池205の内部抵抗と劣化状態との関係を実験により取得する。そして、取得した電池205の内部抵抗と劣化状態との関係を図示しない劣化推定テーブルに格納し、劣化推定テーブルを記憶装置302に記憶する。そして、容量設定部114は、接続部30をオン状態としたときに、電圧測定部70と電流測定部80からそれぞれ電圧値と電流値を取得し、取得した電圧値を取得した電流値で除算することで、内部抵抗の抵抗値を算出する。さらに、容量設定部114は、算出した内部抵抗の抵抗値に対応する劣化状態を劣化推定テーブルから抽出し、電池205の劣化状態(劣化情報)を取得する。なお、容量設定部114が電圧測定部70と電流測定部80からそれぞれ電圧値と電流値とを取得するタイミングは、例えば、モータ212の起動直後など、一定の条件とすることが好ましい。この場合、劣化推定テーブルも、モータ212の起動直後の内部抵抗値に基づいて、実験により作成することが好ましい。
図9を参照する。
次に、容量設定部114は、取得した各要因情報を用いて、図8に示す複数の要因ごとのテーブル801〜809から第1の充電率の増減分を取得する(S902)。
具体的な容量設定部114による各要因情報に対応する第1の受電率の増減分の取得方法は、以下の通りである。
容量設定部114は、距離テーブル801から、取得した距離情報が示す車両の位置と最寄りの充電ステーションとの間の距離に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した距離情報の示す距離が15[km]であるとき、距離テーブル801から第1の充電率の増減分としてa2[%]を取得する。
容量設定部114は、気温テーブル802から、取得した気温情報が示す気温に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した気温情報の示す気温が15[℃]であるとき、気温テーブル802から第1の充電率の増減分としてb2[%]を取得する。
容量設定部114は、渋滞テーブル803から、取得した経路渋滞情報が示す渋滞の長さに対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した経路渋滞情報の示す渋滞の長さが7[km]であるとき、渋滞テーブル803から第1の充電率の増減分としてc2[%]を取得する。
容量設定部114は、時間テーブル804から、取得した現在時刻情報が示す現在時刻に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した経現在時刻情報の示す現在時刻が12[時]であるとき、時間テーブル804から第1の充電率の増減分として、d3[%]を取得する。
容量設定部114は、燃費テーブル805から、取得した燃費情報が示す燃費に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した燃費情報の示す燃費が5[km/kWh]であるとき、燃費テーブル805から第1の充電率の増減分としてe2[%]を取得する。
容量設定部114は、勾配テーブル806から、取得した勾配情報が示す勾配の割合に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した勾配情報の示す勾配の割合が12[%]であるとき、勾配テーブル806から第1の充電率の増減分としてf2[%]を取得する。
容量設定部114は、天気テーブル807から、取得した天気情報が示す周辺地域の天気に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した天気情報の示す周辺地域の天気が雨であるとき、天気テーブル807から第1の充電率の増減分としてg3[%]を取得する。
容量設定部114は、電池温度テーブル808から、取得した温度情報が示す電池205の温度に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した温度情報の示す電池205の温度が35[℃]であるとき、電池温度テーブル808から第1の充電率の増減分としてh2[%]を取得する。
容量設定部114は、劣化テーブル809から、取得した劣化情報が示す電池205の劣化情報に対応する第1の充電率の増減分を取得する。容量設定部114は、例えば、取得した劣化情報の示す電池205の劣化状態が75[%]であるとき、劣化テーブル809から第1の充電率の増減分として、i3[%]を取得する。
図9を参照する。
次に、容量設定部114は、各要因情報に対応する第1の受電率の増減分を取得すると、下記式(7)を用いて、各要因情報を総合した第1の充電率の増減分である第1の増減値を算出する(S903)。下記式(7)では、S902で取得した各要因情報に対応する第1の充電率の増減分を代入した例を示す。

第1の増減値=a2+b2+c2+d3+e2+f2+g3+h2+i3・・・(7)

すなわち、容量設定部114は、S902で取得した各要因情報に対応する第1の充電率の増減分の総和を求めることにより、第1の増減値を算出する。
そして、容量設定部114は、算出した第1の充電率の増減値を算出すると、下記式(8)を用いて、適正な第1の充電率を算出する。

適正な第1の充電率=第1の基準値+第1の増減値・・・(8)

すなわち、容量設定部114は、第1の基準値に第1の増減値を加算することにより、適正な第1の充電率を算出する。
そして、容量設定部114は、算出した適正な第1の充電率を設定容量テーブル106の通常モードの下限値、およびリザーブモードの上限値に上書きすることにより、算出した適正な第1の充電率を電池制御に適用する(S905)。
上記の説明においては、適正な第1の充電率を、第1の充電率により決まるリザーブ容量を用いて、最寄りの充電ステーションに車両を移動することができる充電率とした。これに代えて、適正な第1の充電率を、第1の充電率により決まるリザーブ容量を用いて、走行可能な距離が一定となる充電率としても良い。この場合には、要因テーブル113に含まれる複数の要因ごとのテーブルに格納される値を用いて、容量設定部114の機能により、走行可能な距離が一定となる充電率が得られるように適宜設定すれば良い。
上記の説明においては、要因テーブル113に含まれる複数の要因ごとのテーブルに格納される値を、各要因による第1の充電率の増減分とした。これに代えて、図8に示される各テーブルに格納されている充電率を、それぞれの充電率に対応する電池205の電圧値として格納しても良い。この場合、容量設定部114は、電圧測定部70から取得する電圧値に基づいて、適正な第1の充電率に対応する電池205の電圧値を算出する。そして、制御回路301は、適正な第1の充電率に対応する電池205の電圧値と、電圧測定部70で測定された電圧値に基づいて電池制御をすれば良い。
上記の説明において、容量設定部114は、第1の基準値に式(7)を用いて算出した第1の増減値を加算することにより、適正な第1の充電率を算出した。これに代えて、例えば、図8の距離テーブル801と、渋滞テーブル803とは、それぞれ距離、および渋滞の長さに比例して、第1の充電率の増減分が決定されると考えられるので、式(7)に準じて、下記式(9)により、第1の増減値′を算出するようにしても良い。下記式(9)では、S902で取得した各要因情報のうち、a2、およびc2を第1の増減分として代入した例を示す。

第1の増減値′=a2+c2・・・(9)

そして、気温テーブル802、時間テーブル804、燃費テーブル805、勾配テーブル806、天気テーブル807、電池温度テーブル808、および劣化テーブル809の要因は、車両の走行期間にわたって、必要なリザーブ容量に影響を及ぼすと考えられるので、第1の充電率の増減分に変えて、第1の充電率に乗算する第1の比率を格納しても良い。すなわち、式(9)を用いて算出した第1の増減値′と、各要因に対応するテーブルから得られたそれぞれの第1の比率を下記式(10)に代入することにより、適正な第1の充電率を算出しても良い。下記式(10)では、S902で取得した各要因情報のうちb2、d3、e2、f2、g3、h2、およびi3を第1の比率として代入した例を示す。

適正な第1の充電率′=(第1の基準値+第1の増減値′)×b2×d3×e2×f2×g3×h2×i3・・・(10)

なお、第1の比率の一例としては、燃費テーブル805の場合、ユーザの運転に急発進が多く、車両の燃費が0≦e≦3であるとき、基準である3≦e≦6よりも燃費が悪いので、第1の比率としてe1=2を設定し、リザーブ容量を2倍確保するように設定する。逆に、ユーザの運転に急発進が少なく、車両の燃費が6≦e≦9であるとき、基準である3≦e≦6よりも燃費が良いので、第1の比率としてe3=0.7を設定し、リザーブ容量を0.7倍にし、通常容量を増やすように設定する。その他の要因においても、図8を用いてS902で説明した要素を鑑みて、第1の比率を適宜設定すれば良い。
上記の説明においては、要因テーブル113に含まれる複数の要因ごとのテーブル801〜809を例として説明したが、これ以外にも、リザーブ容量を増減する必要のある要因があれば、適宜要因ごとのテーブルを追加しても良い。そして、容量設定部114は、第1の充電率を増減させるときに、新たに追加したテーブルに格納されている値も考慮して、適正な第1の充電率を算出しても良い。
以上に説明したように、実施形態2の電池制御装置2では、電池制御において、車両の走行環境に応じて車両が備える電池205の第1の充電率を増減させ、車両を最寄りの充電ステーションまで移動できるだけのリザーブ容量を確保するようにした。これにより、車両の走行環境が変化しても、ユーザは、リザーブ容量を利用して、使用可能容量がなくなる前に最寄りの充電ステーションへ車両を移動することができる。
[実施形態3]
実施形態3の電池パックについて説明する。
実施形態3の電池パック100の機能は、実施形態2の電池制御装置2と同じ機能を有する。また、電池パック100の各構成要素は、電池制御装置2の一部の構成要素を組み合わせたものであるため、電池制御装置2と同じ符号を付し、その接続関係のみを説明する。
図10について説明する。
図10は、実施形態3の電池パックの一実施例のハードウェア構成図である。
図10において、電池パック100は、制御装置201、電池205、電圧計206、電流計207、および温度計208を備えている。
制御装置201は、電池205と並列に接続され、電池205から供給される電力で動作する。そして、制御装置201は、例えば、後述するコンピュータ装置であり、図1の制御部10として機能する。また、制御装置201は、メインスイッチ209を介さずに直接電池205と接続され、電池205から供給される電力で駆動するため、メインスイッチ209のオン状態、およびオフ状態に関わらず、常に駆動することができる。そして、制御装置201は、図示しないレギュレータやコンバータなどの降圧回路を含み、電池205から入力される電力の電圧、および電流を適宜変換して、自身の駆動電力として用いる構成である。
電池205は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などであり、図1の電力供給部20として機能する。なお、電池205は、複数のセルを直列、または並列に接続した組電池でも良い。
電圧計206は、電池205に並列に接続され、電池205の電圧値を測定する。そして、電圧計206は、図1の電圧測定部70として機能する。
電流計207は、電池205の出力側の電力線Boで、電池205と直列に接続され、電池205からの出力電流値を測定する。そして、電流計207は、図1の電流測定部80として機能する。
温度計208は、電池205に近接して設置され、電池205の温度を測定し、制御装置201に測定した温度の値を出力する。そして、温度計208は、図7の温度測定部90として機能する。
そして、電池パック100が有する電池205が、フォークリフトなどの産業用車両の電池として使用される場合、電池パック100は、図10に示すように、ボディアース204と、メインスイッチ209との間に接続される。また、電池パック100が有する電池205が電気自動車の電池205として使用される場合、電池パック100は、ボディアース204に代えて、直流回路の共用線と、メインスイッチ209との間に接続される。なお、これに限らず電池パック100と外部機器との接続方法は、電池205の電圧と、安全性とを考慮して適宜選択すれば良い。
以上に説明したように、実施形態3の電池パック100では、実施形態2で説明した電池制御に必要な構成要素を含む電池パック100を構成した。これにより、電池パック100を車両に搭載されている電池と交換するだけで、実施形態2で説明した電池制御を実現することができる。
1、2 電池制御装置
10 制御部
20 電力供給部
30 接続部
40 電力変換部
50 駆動部
60 補機部
70 電圧測定部
80 電流測定部
90 温度測定部
Bo 電力線
100 電池パック
101 入力部
102 出力部
103 通信部
104 取得部
105 容量推定部
106 設定容量テーブル
107 判定部
108 通知部
109 切替部
110 停止部
111 燃費推定部
112 計時部
113 要因テーブル
114 容量設定部
201 制御装置
202 補機電池
203 補機類
204 ボディアース
205 電池
206 電圧計
207 電流計
208 温度計
209 メインスイッチ
210 主機スイッチ
211 電力変換回路
212 モータ
213 補機スイッチ
214 補機類
300 バス
301 制御回路
302 記憶装置
303 読取装置
304 記録媒体
305 通知装置
306 通信インターフェイス
307 入出力インターフェイス
308 ネットワーク

Claims (20)

  1. 第1の充電率を格納する記憶部と、
    切替信号の入力を受付ける入力部と、
    前記電池の充電率が前記第1の充電率以下になると、前記車両を停止し、前記入力部から前記切替信号が入力されると、前記車両の走行を開始する制御部と、
    を備えることを特徴とする電池制御装置。
  2. 前記記憶部は、さらに
    前記第1の充電率よりも低い充電率である第2の充電率を格納し、
    前記制御部は、
    前記電池の充電率が前記第1の充電率以下になると、前記車両を停止し、前記入力部からの前記切替信号の入力を受け付ける通常モードと、前記電池の充電率が前記第1の充電率以下のとき、前記入力部から前記切替信号が入力されると、前記電池の前記第1の充電率に対応する第1の残容量と、前記第2の充電率に対応する第2の残容量との差分であるリザーブ容量を使用して、前記車両を走行させるリザーブモードと、を切替えて電池制御を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. 前記制御部は、
    前記リザーブ容量を用いて走行可能な距離の範囲内に、一つ以上の最寄りの充電ステーションが含まれるように、前記車両の走行環境に応じて前記第1の充電率を増減させることを特徴とする請求項2に記載の電池制御装置。
  4. 前記制御部は、
    前記リザーブ容量を用いて走行可能な距離が一定となるように、前記車両の走行環境に応じて前記第1の充電率を増減させることを特徴とする請求項2に記載の電池制御装置。
  5. 前記第2の充電率は、
    有効容量の下限値に対応する充電率であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  6. 前記制御部は、
    前記リザーブモードにおいて、前記電池の充電率が前記第2の充電率以下となったとき、前記車両の走行を停止することを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  7. 前記制御部は、
    前記リザーブモードにおいて、前記車両の充電を開始したことが通知されると、前記電池制御を前記通常モードに切替えることを特徴とする請求項2〜6のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  8. 前記制御部は、
    前記通常モードにおいて、前記電池の充電率が前記第1の充電率以下になると、前記電池と、前記電池から供給される電力を動力源として前記車両を走行させる前記車両が有する駆動部との間に接続され、前記電池と前記駆動部との接続を切替える接続部を制御して、前記電池と前記駆動部との接続を切断することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  9. 前記制御部は、
    前記通常モードにおいて、前記電池の充電率が前記第1の充電率以下になると、前記電池から供給される電力を動力源として前記車両を走行させる前記車両が有する駆動部に、前記電池から供給する電力を調整する電力変換部を制御して、徐々に前記駆動部に供給する電力を絞りながら前記車両を走行させたあと、前記駆動部との間に接続され、前記電池と前記駆動部との接続を切替える接続部を制御して、前記電池と前記駆動部との接続を切断することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  10. 前記制御部は、
    充電ステーションの位置情報を取得し、基準となる距離よりも前記車両と前記最寄りの充電ステーションとの距離が遠いほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させ、該基準となる距離よりも前記車両と充電可能な充電ステーションとの距離が近いほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を減少させることを特徴とする請求項1〜3、5〜9のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  11. 前記制御部は、
    気温情報を取得し、気温がユーザによるエアコンの使用がないと推定される気温から乖離するほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  12. 前記制御部は、
    前記車両の走行ルートの渋滞情報を取得し、前記車両の走行ルートに渋滞が発生しているとき、該渋滞が長くなるほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  13. 前記制御部は、
    時間情報を取得し、ライトを点灯する時間帯であれば、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  14. 前記制御部は、
    前記車両の燃費情報を取得し、燃費が基準となる燃費よりも悪いほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させ、燃費が基準となる燃費よりも良いほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を減少させることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  15. 前記制御部は、
    前記車両の走行ルートの勾配情報を取得し、基準となる割合よりも前記車両の走行ルートに勾配が多いほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させ、基準となる割合よりも前記車両の走行ルートに勾配が少ないほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を減少させることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  16. 前記制御部は、
    天気情報を取得し、路面状況が悪くなる天気であるとき、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  17. 前記制御部は、
    前記電池の温度を取得し、前記電池の温度が基準となる温度より低いほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  18. 前記制御部は、
    前記電池の劣化度を取得し、前記電池の劣化度が進むほど、前記記憶部に格納されている前記第1の充電率を増加させることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の電池制御装置。
  19. 車両に搭載される電池パックであって、
    充放電可能な電池と、
    前記電池に並列に接続された電圧測定部と、
    前記電池からの出力電流を測定する電流測定部と、
    第1の充電率と、該第1の充電率よりも低い充電率である第2の充電率とを格納する記憶部と、
    切替信号の入力を受付ける入力部と、
    前記電池に並列に接続され、前記電池と、前記電池から供給される電力を動力源として前記車両を走行させる前記車両が有する駆動部との間に接続され、前記電池と前記駆動部との接続を切替える前記車両が有する接続部を制御して、前記電池と前記駆動部との接続を切断したときに、前記電圧測定部で測定された前記電池の開放電圧と、前記電流測定部で測定された前記電池からの出力電流を用いて前記電池の充電率を推定し、
    前記推定した電池の充電率が前記第1の充電率以下になると、前記接続部を制御して、前記電池と前記負荷との接続を切断し、前記車両が停止したときに、前記入力部からの前記切替信号の入力を受け付ける通常モードと、
    前記推定した電池の充電率が前記第1の充電率以下のとき、前記入力部から前記切替信号が入力されると、前記接続部を制御して、前記電池と前記負荷との接続し、前記電池の前記第1の充電率に対応する第1の残容量と、前記第2の充電率に対応する第2の残容量との差分であるリザーブ容量を使用して、前記車両を走行させるリザーブモードと、
    を切替えて電池制御をする制御部と、
    を備えることを特徴とする電池パック。
  20. 前記記憶部は、
    前記電池の開放電圧と前記電池の充電率とを対応づけた推定テーブルを格納し、
    前記制御部は、
    前記電圧測定部で測定された前記電池の開放電圧に対応する前記電池の充電率を前記推定テーブルから抽出し、該抽出した電池の充電率を初回の充電率とし、前記車両の走行中に前記電流測定部で測定される電流値を積算した充放電容量を前記電池の満充電容量で除算した充電率変化分を該初回の充電率に加算することで、走行中に変化する前記電池の充電率を推定することを特徴とする請求項19に記載の電池パック。
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