JP2020156265A - 車両の制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】イグニッションスイッチがOFFにされている間にバッテリマネジメントシステム(BMS)のコントローラへの電力供給が遮断される場合にも、バッテリの蓄電量を精確に把握できるようにする。【解決手段】イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時しその時間の長さに応じてイグニッションスイッチがONに操作されたときに車載のバッテリの現在の蓄電量を推定する機能を有するBMSコントローラ03と、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時する機能を有する別のコントローラ05とを具備し、イグニッションスイッチがOFFにされている間にBMSコントローラ03への電力供給が遮断された場合、イグニッションスイッチがONに操作されたときに、BMSのコントローラ03が別のコントローラ05からイグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを受信するシステムを構成した。【選択図】図2

Description

本発明は、バッテリが搭載されている車両の制御システムに関する。
近時、電動機及び内燃機関の二種の動力源を備えるハイブリッド車両が一定の普及を見ている。シリーズ方式のハイブリッド車両(例えば、下記特許文献1を参照)は、内燃機関により発電用モータジェネレータを駆動して発電を行い、発電した電力をリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリに蓄えるとともに走行用モータジェネレータに供給する。そして、走行用モータジェネレータによって車両の駆動輪を回転させて走行する。
発電用モータジェネレータのみならず、走行用モータジェネレータもまた、回生制動により発電を行い、発電した電力をバッテリに蓄えることができる。バッテリの容量一杯まで既に電荷が蓄えられている場合には、回生制動により得られる電力を敢えて発電用モータジェネレータに供給し、これを電動機として作動させて内燃機関を回転駆動することで、余剰の電力を消費する。
ハイブリッド車両では、内燃機関が燃料を燃焼させて回転駆動力を発生させなくとも、走行用モータジェネレータが出力する回転駆動力により車両を走行させることが可能である。故に、車両の運用中であっても、内燃機関の運転を停止している状態が継続することがある。
バッテリが現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータに対する要求出力が大きい場合には、内燃機関を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関の出力する回転駆動力を以て発電用モータジェネレータを駆動し、発電を実施してバッテリを充電、または走行用モータジェネレータに供給する電力を増強する。
シリーズ方式のハイブリッド車両にあって、発電用モータジェネレータは、停止した内燃機関を始動する準備として内燃機関をモータリング(または、クランキング)する役割を兼ねる。モータリング時には、バッテリから必要な電力の供給を受ける。
車両の適正な制御を実現するためには、車載のバッテリの現在の蓄電量(充電量)、換言すればSOC(State Of Charge、バッテリに蓄えている電荷量の同バッテリの容量に対する比)を精確に把握することが必要となる。バッテリの蓄電量は、当該バッテリの開放電圧の大きさから推定することが可能である。
イグニッションスイッチ(パワースイッチ、またはイグニッションキー)がOFFにされている車両の駐車中には、内燃機関及びモータジェネレータの運転が停止し、バッテリに対する充電が行われず、バッテリに蓄えている電力の消費も起こらない。だが、イグニッションスイッチがOFFに操作された直後の時期には、バッテリにそれまでの充放電の履歴に依存した分極が生じており、センサを介して検出される端子電圧には分極電圧が含まれている。バッテリの開放電圧を正しく計測するためには、イグニッションスイッチがOFFに操作された後、分極が解消されて平衡状態となるのを待たなければならない。
イグニッションスイッチがOFFにされた後、比較的短時間のうちにイグニッションスイッチがONに操作されたときには、バッテリの分極が充分に解消されておらず、バッテリの端子電圧を基に現在のバッテリの蓄電量を推定することが難しくなる。このときには、イグニッションスイッチがOFFにされる直前のバッテリの蓄電量を初期値とし、バッテリに対して流出入する電流量の積算値(時間積分値)をこれに加算することにより、現在のバッテリの蓄電量を推算する(例えば、下記特許文献2及び3を参照)。尤も、この手法は、イグニッションスイッチがONに操作されたときのバッテリの開放電圧を参照する手法と比較して、精度に劣る面がある。
特開2016−064735号公報 特開2005−147930号公報 国際公開第2013/054414号
現在の蓄電量の推定を含むバッテリの監視を司るBMS(Battery Management System)のコントローラは、イグニッションスイッチがONとなっている間は無論のこと、イグニッションスイッチがOFFにされている間も、別系統から継続的に電力供給を受けている。これは、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時するための措置である。
しかしながら、断線その他の要因により、イグニッションスイッチがOFFにされている間のBMSのコントローラへの電力供給が遮断されることがあり得る。さすれば、BMSのコントローラがその機能を停止し、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時できなくなる。イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さが不明である以上、イグニッションスイッチがONに操作された時点でバッテリの分極が解消されているか否かが判然としない。従って、常に精度の劣る手法により現在のバッテリの蓄電量を推測せざるを得なくなる。
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、イグニッションスイッチがOFFにされている間にBMSのコントローラへの電力供給が遮断される場合にも、バッテリの蓄電量を精確に把握できるようにすることを所期の目的としている。
本発明では、イグニッションスイッチがOFFにされている間も電力供給を受けることができ、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時し、その時間の長さに応じてイグニッションスイッチがOFFからONに操作されたときに車載のバッテリの現在の蓄電量を推定する機能を有するBMSのコントローラと、イグニッションスイッチがOFFにされている間も電力供給を受けることができ、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時する機能を有する、前記BMSのコントローラとは別のコントローラとを具備し、イグニッションスイッチがOFFにされている間に前記BMSのコントローラへの電力供給が遮断された場合において、イグニッションスイッチがOFFからONに操作されたときに、BMSのコントローラが、前記別のコントローラからイグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを受信して、車載のバッテリの現在の蓄電量の推定を行う、車両の制御システムを構成した。
本発明によれば、イグニッションスイッチがOFFにされている間にBMSのコントローラへの電力供給が遮断される場合にも、バッテリの蓄電量を精確に把握できるようになる。
本発明の一実施形態におけるシリーズ方式のハイブリッド車両及び制御システムの概要を示す図。 同実施形態の制御システムが具備するBMSのコントローラと他のコントローラとの関係を示す図。
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態におけるハイブリッド車両の主要システムの概略構成を示している。このハイブリッド車両は、内燃機関1と、内燃機関1により駆動されて発電を行う発電用モータジェネレータ2と、発電用モータジェネレータ2が発電した電力を蓄える駆動用バッテリ3と、発電用モータジェネレータ2及び/または駆動用バッテリ3から電力の供給を受けて車両の駆動輪62を駆動する走行用モータジェネレータ4とを備えている。
本実施形態のハイブリッド車両は、内燃機関1を発電にのみ使用するシリーズハイブリッド方式の電気自動車であり、車両の駆動輪62には専ら走行用モータジェネレータ4から走行のための駆動力を供給する。内燃機関1と駆動輪62との間は機械的に切り離されており、元来両者の間で回転駆動力の伝達がなされない。つまり、内燃機関1は、走行用モータジェネレータ4及び駆動輪62から完全に独立して回転することが可能である。従って、イグニッションスイッチがONに操作されている車両の運用中、運転者がアクセルペダルを踏むことで車両が走行可能な状態にあっても、駆動用バッテリ3が充分な電荷を蓄えている状況下では、燃料の燃焼を伴う内燃機関1の運転を実施しないことがある。
内燃機関1は、例えば複数の気筒を包有する4ストロークエンジンである。内燃機関1の回転軸であるクランクシャフトは、発電用モータジェネレータ2の回転軸と歯車機構を介して機械的に接続している。そして、内燃機関1が出力する回転駆動力を発電用モータジェネレータ2に入力することで、発電用モータジェネレータ2が発電する。発電した電力は、駆動用バッテリ3に充電し、及び/または、走行用モータジェネレータ4に供給する。また、発電用モータジェネレータ2は、自らが回転駆動力を発生させて内燃機関1のクランクシャフトを回転駆動する電動機としても機能する。例えば、発電用モータジェネレータ2は、停止している内燃機関1を始動する準備としてのモータリングを実行する。
走行用モータジェネレータ4は、車両の走行のための駆動力を発生させ、その駆動力を減速機61を介して駆動輪62に入力する。また、走行用モータジェネレータ4は、駆動輪62に連れ回されて回転することで発電し、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。この回生制動により発電した電力は、駆動用バッテリ3に充電する。
但し、既に駆動用バッテリ3の容量一杯まで電荷が蓄えられており、それ以上の充電が困難であるならば、走行用モータジェネレータ4が回生発電した電力を敢えて発電用モータジェネレータ2に供給し、発電用モータジェネレータ2を電動機として稼働させて内燃機関1を回転駆動する。これにより、車両の制動性能を維持しながら、余剰の電力を消尽する。また、このとき、内燃機関1の回転が保たれることから、内燃機関1の気筒への燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実行することができる。
発電機インバータ21は、発電用モータジェネレータ2が発電する交流電力を直流電力に変換する。そして、その直流電力を駆動用バッテリ3または駆動機インバータ41に入力する。並びに、発電機インバータ21は、発電用モータジェネレータ2を電動機として作動させる際に、駆動用バッテリ3及び/または駆動機インバータ41から供給される直流電力を交流電力に変換した上で発電用モータジェネレータ2に入力する。
駆動機インバータ41は、駆動用バッテリ3及び/または発電機インバータ21から供給される直流電力を交流電力に変換した上で走行用モータジェネレータ4に入力する。並びに、駆動機インバータ41は、車両の回生制動を行うときに走行用モータジェネレータ4が発電する交流電力を直流電力に変換した上で駆動用バッテリ3または発電機インバータ21に入力する。発電機インバータ21及び駆動機インバータ41は、PCU(Power Control Unit)の一部をなす。
駆動用バッテリ3は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の、エネルギ密度の大きい高電圧の二次電池である。駆動用バッテリ3は、発電用モータジェネレータ2及び走行用モータジェネレータ4の各々が発電する電力を充電して蓄える。並びに、駆動用バッテリ3は、発電用モータジェネレータ2及び走行用モータジェネレータ4の各々を電動機として作動させるための電力を放電し、それらモータジェネレータ2、4に必要な電力を供給する。
図1及び図2に示すように、本実施形態のハイブリット車両を制御する制御システムは、複数基のECU(Electronic Control Unit)01、02、03、04、05、06をCAN(Controller Area Network)07、08等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続してなるものである。各ECU01、02、03、04、05、06はそれぞれ、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。本制御システムは、内燃機関1を制御するエンジンコントローラ(EFI(Electronic Fuel Injection) ECU)01、発電用モータジェネレータ2及び発電機インバータ21を制御する発電機コントローラ02、駆動用バッテリ3を監視し制御するBMSのコントローラ(BMS ECU)03、走行用モータジェネレータ4及び駆動機インバータ41を制御する駆動機コントローラ04、車体に実装されている電装系を制御するコントローラ(ボデーECU)05、並びに、本実施形態のハイブリッド車両の制御を統括する上位のコントローラ(HV(Hybrid Vehicle) ECU)06等を具備する。
BMSのコントローラ03は、駆動用バッテリ3が現在蓄えている電荷の量(または、SOC)を恒常的に把握している他、駆動用バッテリ3の過電圧、過昇温、漏電等といった異常を感知する役割を担っている。
本制御システムは、各種センサを介して検出される、運転者が操作するアクセル開度即ちアクセルペダルの踏込量や、シフトポジション即ちシフトレバー若しくはセレクタレバーの位置またはスイッチのON/OFF、現在の車両の車速、路面の勾配、駆動用バッテリ3の蓄電量、発電用モータジェネレータ2の発電電力等に応じて、走行用モータジェネレータ4が出力する回転駆動力、内燃機関1が出力する回転駆動力、及び発電用モータジェネレータ2が発電する電力の大きさを増減制御する。
駆動用バッテリ3が現在充分な電荷を蓄えており、走行用モータジェネレータ4に対して要求される出力が小さい場合、内燃機関1への燃料の供給を遮断して内燃機関1を運転しない。駆動用バッテリ3が現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータ4に対して要求される出力が大きい場合には、内燃機関1を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関1の出力する回転駆動力を以て発電量モータジェネレータ2を駆動し、発電を実施して駆動用バッテリ3を充電し、または走行用モータジェネレータ4に供給する電力を増強する。
本制御システムを構成する各ECU01、02、03、04、05、06は、駆動用バッテリ3とは別に車両に搭載されている補機バッテリから電力の供給を受ける。補機バッテリは、例えば鉛蓄電池等の、駆動用バッテリ3と比較して低電圧の二次電池である。補機バッテリもやはり、発電用モータジェネレータ2及び走行用モータジェネレータ4の各々が発電する電力を充電して蓄える。そして、補機バッテリは、ECU01、02、03、04、05、06の他、内燃機関1に組み込まれているスロットルバルブ、インジェクタ、点火プラグ等の電動デバイス、並びに車体の電装系の各種機器、例えば照明灯、エアコンディショナ、ヒータ、ウィンドウやドア、ワイパー等を動作させるための電力を放電し、それらに必要な電力を供給する。
図2に示すように、BMSのコントローラ03には、IGCAライン及びBATラインの二つのラインから電力が供給される。IGCAライン及びBATラインはともに、補機バッテリに接続している。これら二つのラインのうち、IGCAラインは、運転者によりイグニッションスイッチがONに操作されている間通電され、イグニッションスイッチがOFFに操作されている間は通電が遮断される。因みに、IGCAラインの通電/遮断、換言すればIGCAライン上のスイッチの開閉は、上位のコントローラ06が切り替える。他方、BATラインは、イグニッションスイッチのON/OFF如何を問わず、常時通電されている。
BMSのコントローラ03は、イグニッションスイッチがONにされている間は、IGCAライン及びBATラインの双方から電力供給を受ける。イグニッションスイッチがOFFにされている間は、BATラインのみから電力供給を受ける。イグニッションスイッチがOFFにされている間もBMSのコントローラ03への電力供給を継続するのは、当該コントローラ03が有している計時機能または計時回路により、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを計時するためである。
イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さは、後にイグニッションスイッチがONに操作されたときの駆動用バッテリ3の現在の蓄電量を精確に推定するために必要になる。イグニッションスイッチがOFFにされていた時間が所定の閾値を上回って長いならば、その間に駆動用バッテリ3の分極が充分に解消されて平衡状態となっていると考えられ、イグニッションスイッチがONに操作されたときの駆動用バッテリ3の端子電圧を開放電圧に等しいものと見なすことができる。よって、BMSのコントローラ03は、そのときの駆動用バッテリ3の端子電圧即ち開放電圧を基に、当該駆動用バッテリ3の現在の蓄電量またはSOCを推定する。基本的には、駆動用バッテリ3の開放電圧が高いほど、駆動用バッテリ3の現在の蓄電量が多く、SOCが高い。
翻って、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間が所定の閾値以下であるならば、駆動用バッテリ3の分極が解消されて平衡状態に至るには短く、イグニッションスイッチがONに操作されたときの駆動用バッテリ3の端子電圧には分極電圧が加わっているため、これを開放電圧に等しいと見なすことはできない。よって、BMSのコントローラ03は、メモリに記憶保持している、直近にイグニッションスイッチがOFFにされたときの駆動用バッテリ3の蓄電量またはSOCを、イグニッションスイッチがONに操作されたときの駆動用バッテリ3の蓄電量またはSOCの初期値として、駆動用バッテリ3の現在の蓄電量を推定する。尤も、この手法は、イグニッションスイッチがONに操作されたときのバッテリの開放電圧を参照する手法と比較して、精度に劣る面がある。
このように、BMSのコントローラ03は、イグニッションスイッチがOFFからONに操作される前の、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さに応じて、イグニッションスイッチがONに操作されたときの駆動用バッテリ3の蓄電量またはSOCの推定の手法を変更する。そのために、イグニッションスイッチがOFFにされている間も、BATラインからBMSのコントローラ03に電力を供給して、イグニッションスイッチがOFFとなっている時間の長さを計時するのである。
ところが、BATラインやBMSのコントローラ03内部で断線が起こる等して、イグニッションスイッチがOFFにされている間のBMSのコントローラ03への電力供給が断たれてしまうと、BMSのコントローラ03が機能を停止し、イグニッションスイッチがOFFとなっている時間の長さを計時できなくなってしまう。さすれば、イグニッションスイッチがONに操作された時点で駆動用バッテリ3の分極が解消されているか否かが判然せず、従って、常に精度の劣る手法によって駆動用バッテリ03の蓄電量を推測せざるを得なくなる。
そこで、本実施形態では、イグニッションスイッチがOFFにされている間にBMSのコントローラ03への電力供給が遮断された場合に、BMSのコントローラ03が、これとは別のコントローラ、具体的には車体の電装系を制御するコントローラ05から、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを受信して、駆動用バッテリ03の現在の蓄電量の推定を行うようにしている。
図2に示しているように、電装系のコントローラ05には、IG1ライン及びBATラインの少なくとも二つのラインから電力が供給される。IG1ラインは、BATラインとともに補機バッテリに接続している。これら二つのラインのうち、IG1ラインは、運転者によりイグニッションスイッチがONに操作されている間通電され、イグニッションスイッチがOFFに操作されている間は通電が遮断される。IG1ラインの通電/遮断は、運転者が操作するイグニッションスイッチのON/OFFに連動している。既に述べた通り、BATラインは、イグニッションスイッチのON/OFF如何を問わず、常時通電されている。
電装系のコントローラ05は、イグニッションスイッチがONにされている間はIG1ラインから電力供給を受け、イグニッションスイッチがOFFにされている間はBATラインから電力供給を受ける。イグニッションスイッチがOFFにされている間も電装系のコントローラ05への電力供給を継続するのは、当該コントローラ05が有している計時機能または計時回路により、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを計時するためである。
イグニッションスイッチがOFFからONに操作されたとき、電装系のコントローラ05は、ボデー系CAN08を介して、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを送信する。この情報は、ボデー系CAN08に接続しているエンジンコントローラ01により受信される。エンジンコントローラ01は、ダイアグノーシス(自己診断)により内燃機関1等の異常を感知した場合に、その異常の内容を示すダイアグノーシスコードを、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の情報と組にして、フリーズフレームデータとしてメモリに記憶保持する。
要するに、電装系のコントローラ05は元来、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを計時してその情報を発信する機能を備えている。BMSのコントローラ03は、自身においてイグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを計時できなかった場合、電装系のコントローラ05からもたらされる情報を受信することで、イグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを知得する。そして、これに応じて、イグニッションスイッチがONに操作されたときの駆動用バッテリ3の蓄電量またはSOCの推定を行うのである。
BMSのコントローラ03は、HV系CAN07に接続している。HV系CAN07のバスは、ボデー系CAN08のバスとは異なる。だが、本制御システムにあっては、上位コントローラ06やエンジンコントローラ01は双方のバスに接続していることから、それらのうちの何れかが電装系のコントローラ05から情報を受信し、受信した情報をBMSのコントローラ03に向けて送出することが可能である。
本実施形態では、イグニッションスイッチがOFFにされている間も電力供給を受けることができ、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時し、その時間の長さに応じてイグニッションスイッチがOFFからONに操作されたときに車載のバッテリ3の現在の蓄電量を推定する機能を有するBMSのコントローラ03と、イグニッションスイッチがOFFにされている間も電力供給を受けることができ、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時する機能を有する、前記BMSのコントローラ03とは別のコントローラ05とを具備し、イグニッションスイッチがOFFにされている間に前記BMSのコントローラ03への電力供給が遮断された場合において、イグニッションスイッチがOFFからONに操作されたときに、BMSのコントローラ03が、前記別のコントローラ05からイグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを受信して、車載のバッテリ3の現在の蓄電量の推定を行う、車両の制御システムを構成した。
本実施形態によれば、BMSのコントローラ03に給電する電源系統に故障が生じたとしても、当該コントローラ03においてイグニッションスイッチがOFFにされていた時間の長さを知得することができ、バッテリ3の現在の蓄電量を精度よく推測することが可能となる。バッテリ3の蓄電量の推定精度の向上は、ハイブリッド車両の燃費性能の良化及び航続距離の延長に寄与する。
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、本発明の適用対象は、シリーズ方式のハイブリッド車両には限定されない。他の方式のハイブリッド車両や電気自動車等に本発明を適用することも、当然に可能である。
その他、各部の具体的な構成や処理の内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
本発明は、車載のバッテリの監視及び制御に適用することができる。
03…バッテリマネジメントシステムのコントローラ
05…別のコントローラ
07、08…電気通信回線
1…内燃機関
2…発電用モータジェネレータ
3…車載のバッテリ
4…走行用モータジェネレータ
62…駆動輪

Claims (1)

  1. イグニッションスイッチがOFFにされている間も電力供給を受けることができ、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時し、その時間の長さに応じてイグニッションスイッチがOFFからONに操作されたときに車載のバッテリの現在の蓄電量を推定する機能を有するバッテリマネジメントシステムのコントローラと、
    イグニッションスイッチがOFFにされている間も電力供給を受けることができ、イグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを計時する機能を有する、前記バッテリマネジメントシステムのコントローラとは別のコントローラとを具備し、
    イグニッションスイッチがOFFにされている間に前記バッテリマネジメントシステムのコントローラへの電力供給が遮断された場合において、イグニッションスイッチがOFFからONに操作されたときに、バッテリマネジメントシステムのコントローラが、前記別のコントローラからイグニッションスイッチがOFFにされている時間の長さを受信して、車載のバッテリの現在の蓄電量の推定を行う、車両の制御システム。
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