JP6900912B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される制御装置に関する。

特許文献１や特許文献２には、自動運転が可能な車両において、バッテリーの充電状態や交通環境情報や車両情報に基づいて燃料やバッテリー電力の消費を効率良く行う制御手法が、開示されている。

特開２０１７−０８１４８４号公報 特開２０１６−２０３７０６号公報

上記特許文献１や特許文献２に記載された制御を実効性のあるものにするためには、バッテリーの蓄電状態（ＳＯＣ）だけでなく、バッテリーの物理的な状態（内部抵抗値など）を正確に検知する必要がある。しかし、バッテリーには車両の走行状態に応じて電力変動が生じる様々な負荷が接続されており、バッテリーの物理状態を検知するための処理をこの負荷の電力変動が大きいときに行ってしまうと電力変動の影響を受けてしまい、バッテリーの物理状態の検知精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バッテリーの物理状態を精度よく検知することができる車両用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、本発明の一態様は、自動運転時におけるバックアップ兼用バッテリーに対して実施されるバッテリー状態検知用の充放電処理を制御する車両用制御装置であって、地図情報に基づいて自動運転の走行ルートにおけるバックアップ兼用バッテリーの入出力電流の変動を予測し、入出力電流が所定の基準を超えて変動すると予測される走行区間を第１走行区間に設定する予測設定部と、予測設定部で予測されたバックアップ兼用バッテリーの入出力電流の変動状態に基づいてバッテリー状態検知用の充放電処理の実施を制御し、第１走行区間ではバッテリー状態検知用の充放電処理の実施を禁止する制御部と、を備える、ことを特徴とする。

この一態様による車両用制御装置では、車両走行に伴う負荷によってバックアップ兼用バッテリーの入出力電流の変動が所定の基準を超えて大きくなると予測される走行区間（第１走行区間）では、バッテリー状態検知用の充放電処理を実施しない。この制御により、バックアップ兼用バッテリーの入出力電流変動の影響を抑えつつ充放電処理を行うことができるため、バッテリーの状態を精度よく検知することができる。

また、この一態様において、制御部は、第１走行区間のはじめから走行ルート上の所定の距離手前までに設定された第２走行区間では、バッテリー状態検知用の充放電処理の新たな開始を禁止してもよい。

この制御において、第２走行区間をバッテリー状態検知用の充放電処理に必要な時間に基づいて設定することによって、バッテリー状態検知用の充放電処理が途中で終了することがなくなる。これにより、充放電処理が不完全な状態で終了することがなくなるため、バッテリー状態をさらに精度よく検知することができる。

なお、バックアップ兼用バッテリーの入出力電流が変動すると予測される第１走行区間としては、例えば、車両の操舵操作が生じるカーブ又はブレーキ操作が生じる下り坂などが想定される。

上記本発明の車両用制御装置によれば、バッテリーの物理状態を精度よく検知することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用制御装置を含んだ電源システムの概略構成を示す図 第２のバッテリーの状態を検知するための充放電処理を説明するための図 カーブにおいて走行区間を設定した一例を示す図 車両用制御装置が実行する充放電処理の制御を説明するフローチャート

［概要］
本発明は、自動運転時におけるバックアップ兼用バッテリーに対して実施されるバッテリー状態検知用の充放電処理を制御する車両用制御装置である。この車両用制御装置では、バックアップ兼用バッテリーに接続される負荷の電力変動が大きくなると予測される走行区間において、このバッテリーの状態を検知するための充放電処理を実施しない。この制御により、バックアップ兼用バッテリーの入出力電流変動の影響を抑えつつ充放電処理を行うことができるため、バッテリーの状態を精度よく検知することができる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置２を含んだ電源システム１の概略構成を示す図である。図１に例示した電源システム１は、第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）１１、第１のバッテリー１２、第１の自動運転系システム１３、及び負荷１４を含む第１の電源系統と、第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）２１、第２のバッテリー２２、第２の自動運転系システム２３を含む第２の電源系統と、電力供給部３０と、予測設定部４０と、電源制御ＥＣＵ５０と、を備えて構成されている。予測設定部４０及び電源制御ＥＣＵ５０の構成が、本実施形態に係る車両用制御装置２に該当する。

この電源システム１は、ドライバーによる手動運転と車両装置による自動運転との切り替えが可能な車両に搭載される。電源システム１は、手動運転時には、第１の電源系統と第２の電源系統とを接続して（例えばリレー装置６０を接続して）、第１のバッテリー１２と第２のバッテリー２２とを並列的に使用する。一方、電源システム１は、自動運転時には、第１の電源系統と第２の電源系統とを切り離して（例えばリレー装置６０を遮断して）、第２のバッテリー２２を第１のバッテリー１２が失陥したときに補助電源となるバックアップ用電源としても使用できるようにする。

電力供給部３０は、第１の電源系統が有する第１のＤＣＤＣコンバーター１１及び第２の電源系統が有する第２のＤＣＤＣコンバーター２１へ、並列に電力を供給することができる。この電力供給部３０は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能に構成された高圧バッテリーとすることができる。

第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）１１は、電力供給部３０から供給される電力を変換して、第１のバッテリー１２、第１の自動運転系システム１３、及び負荷１４に出力することができる構成である。具体的には、第１のＤＣＤＣコンバーター１１は、電力供給部３０から供給される高電圧電力を低電圧電力へ降圧して、第１のバッテリー１２、第１の自動運転系システム１３、及び負荷１４に出力する。

第１のバッテリー１２は、例えば、鉛電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この第１のバッテリー１２は、第１のＤＣＤＣコンバーター１１から出力される電力を蓄えること（充電）ができ、また自らが蓄えている電力を第１の自動運転系システム１３、及び負荷１４に出力できるように構成されている。

第１の自動運転系システム１３は、車両を自動運転させるために必要な負荷装置のうち、第１のバッテリー１２を電源として動作するように割り振られた一部の負荷装置を含んだシステムである。

負荷１４は、第１のＤＣＤＣコンバーター１１から出力される電力及び／又は第１のバッテリー１２に蓄えられている電力で動作することができる１つ以上の車載装置である。

第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）２１は、電力供給部３０から供給される電力を変換して、第２のバッテリー２２、及び第２の自動運転系システム２３に出力することができる構成である。具体的には、第２のＤＣＤＣコンバーター２１は、電力供給部３０から供給される高電圧電力を低電圧電力へ降圧して、第２のバッテリー２２及び第２の自動運転系システム２３に出力する。

また、第２のＤＣＤＣコンバーター２１は、自動運転時には、電源制御ＥＣＵ５０からの指示（電圧指示）に基づいて、第２のバッテリー２２の状態を検知するための所定の充放電処理を実施する。この充放電処理について、図２を参照して説明する。

充放電処理では、第２のＤＣＤＣコンバーター２１は、出力電圧を上下に変動させて第２のバッテリー２２の充放電を実施する。この出力電圧の変動幅は、第２のバッテリー２２の充放電電流を一定以上ばらつかせて電流分散が大きくなる（図２における矢印の範囲）ように予め設定されている。バッテリー状態を検知する所定の装置（例えば電源制御ＥＣＵ５０）は、第２のＤＣＤＣコンバーター２１が出力電圧を上下に変動させている期間（例えば２０秒）において、任意の充放電電流値における第２のバッテリー２２の電圧値を複数測定する。そして、所定の装置は、この測定した複数の電圧値と開放電圧値（ＯＣＶ）とから求められる電流−電圧特性の傾きから、第２のバッテリー２２の内部抵抗値を算出する。内部抵抗値を算出することで、第２のバッテリー２２の状態を検知することができる。

この内部抵抗値は、第２のバッテリー２２の充放電電流が大きく分散すればするほど、精度が高くなる。しかし、上述した充放電処理では、負荷（第２の自動運転系システム２３）による電力変動が大きいと、第２のＤＣＤＣコンバーター２１の出力電圧を上下に変動させても第２のバッテリー２２の充放電電流が意図通りにばらつかず電流分散が小さくなる場合もあり得る。電流分散が小さいと上記電流−電圧特性の傾きが定まらず、第２のバッテリー２２の内部抵抗値の算出精度が低下してしまう。そこで、本実施形態の車両用制御装置２では、後述するように、自動運転の走行ルートにおいて負荷（第２の自動運転系システム２３）による電力変動が大きい走行区間を特定して、その走行区間では充放電処理を行わないように制御することを行う。

第２のバッテリー２２は、例えば、鉛電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この第２のバッテリー２２は、第２のＤＣＤＣコンバーター２１から出力される電力を蓄えること（充電）ができ、また自らが蓄えている電力を第２の自動運転系システム２３に出力できるように構成されている。第２のバッテリー２２は、車両を自動運転で走行中に第１のバッテリー１２が失陥したときに補助電源として使用されるバックアップ兼用バッテリーとしての役割を有する。

第２の自動運転系システム２３は、車両を自動運転させるために必要な負荷装置のうち、第２のバッテリー２２を電源として動作するように割り振られた一部の負荷装置を含んだシステムである。この第２の自動運転系システム２３には、電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などが含まれる。

予測設定部４０は、自動運転時において、例えば自動運転制御装置などの所定の装置（図示せず）から自動運転の走行ルートを取得し、またナビゲーション装置などの所定の装置（図示せず）から自動運転の走行ルートに関する地図情報を取得する。そして、予測設定部４０は、地図情報に基づいて自動運転の走行ルートにおける第２のバッテリー２２に接続されている負荷（第２の自動運転系システム２３）による電力変動、すなわち第２のバッテリー２２の入出力電流の変動を予測する。そして、予測設定部４０は、予測に基づいて自動運転の走行ルート上に走行区間を以下のように設定する。

例えば、予測設定部４０は、車両の操舵操作が生じるカーブでは、第２の自動運転系システム２３に含まれる電動パワーステアリング装置によって一時的に大きな電力が消費されることから、カーブを含む走行区間では、第２のバッテリー２２の電流が所定値以上に増加すると予測することができる。また、例えば、予測設定部４０は、ブレーキ操作や回生ブレーキが生じる下り坂では、第２の自動運転系システム２３に含まれる電動ブレーキ装置によって一時的に大きな電力が消費されたり蓄えられたりすることから、下り坂を含む走行区間では、第２のバッテリー２２の電流が所定値以上に増減すると予測することができる。

そこで、予測設定部４０は、第２のバッテリー２２の入出力電流が所定の基準を超えて変動すると予測することができる走行区間を、車両用制御装置２による充放電処理を禁止する「第１走行区間」として設定する。また、予測設定部４０は、この第１走行区間のはじめから走行ルート上の所定の距離手前までの走行区間を、車両用制御装置２による充放電処理の開始を禁止する「第２走行区間」として設定することができる。所定の距離は、例えば、充放電処理を開始してから終了するまでの時間（充放電処理に必要な時間）と自動運転での車両速度とに基づいて設定することができる。

図３に、カーブにおいて第１走行区間及び第２走行区間を設定した一例を示す。図３の例では、予測される第２のバッテリー２２の負荷電流の変動が大きくなるカーブが第１走行区間に設定され、このカーブに差しかかる前に充放電処理が終了するようにカーブ手前に第２走行区間が設定される。

なお、上述した第２のバッテリー２２の入出力電流が変動するケースは一例に過ぎず、他のケースでも十分にあり得る。例えば、ワイパー操作によっても第２のバッテリー２２の入出力電流が変動するシステム構成である場合には、降雨が想定される走行区間では、第２のバッテリー２２の出力電流が所定値以上に増減すると予測することができる。また、ライトの点灯によっても第２のバッテリー２２の入出力電流が変動するシステム構成である場合には、トンネルを含む走行区間では、第２のバッテリー２２の出力電流が所定値以上に増加すると予測することができる。

電源制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０は、自動運転時には第１の電源系統と第２の電源系統とを切り離し（例えばリレー装置６０を遮断し）、予測設定部４０で予測された第２のバッテリー２２の入出力電流の変動状態、換言すれば予測設定部４０で設定された走行区間に基づいて、バッテリー状態検知用の充放電処理を実施するように第２のＤＣＤＣコンバーター２１に指示を行う。

具体的には、車両が第１走行区間及び第２走行区間以外を走行中であれば、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のＤＣＤＣコンバーター２１に充放電処理の許可を指示する。この許可の指示は、例えば第２のＤＣＤＣコンバーター２１に出力させる電圧値の指示であってもよい。また、車両が第１走行区間を走行中であれば、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のＤＣＤＣコンバーター２１に充放電処理の禁止を指示する。また、車両が第２走行区間を走行中であれば、電源制御ＥＣＵ５０は、第２のＤＣＤＣコンバーター２１に充放電処理の開始禁止を指示する。

なお、電源制御ＥＣＵは、典型的には中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、メモリ、及び入出力インターフェースを含んで構成され、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することによって、上述した所定の機能が実現される。

［充放電処理の制御］
次に、図４をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置が実行する制御を説明する。図４は、予測設定部４０及び電源制御ＥＣＵ５０が行う充放電処理の制御を説明するフローチャートである。

図４に示す充放電処理の制御は、車両が手動運転から自動運転に移行した場合に開始され、車両が自動運転から手動運転へ移行するまで繰り返し実行される。

ステップＳ４０１：予測設定部４０が、所定の装置から取得した自動運転の走行ルートに基づいて、走行ルート上における第１走行区間及び第２走行区間をそれぞれ設定する。

ステップＳ４０２：電源制御ＥＣＵ５０が、車両が第２走行区間を走行中であるか否かを判断する。車両が第２走行区間を走行中でなければ（Ｓ４０２、Ｎｏ）、ステップＳ４０３に処理が進み、車両が第２走行区間を走行中であれば（Ｓ４０２、Ｙｅｓ）、ステップＳ４０６に処理が進む。

ステップＳ４０３：電源制御ＥＣＵ５０が、車両が第１走行区間を走行中であるか否かを判断する。車両が第１走行区間を走行中でなければ（Ｓ４０３、Ｎｏ）、ステップＳ４０４に処理が進み、車両が第１走行区間を走行中であれば（Ｓ４０３、Ｙｅｓ）、ステップＳ４０５に処理が進む。

ステップＳ４０４：車両が第１走行区間及び第２走行区間以外を走行中であるため、電源制御ＥＣＵ５０は、充放電処理を許可する。この充放電処理が許可される期間では、充放電処理を実行すべきタイミングが来れば、充放電処理を開始することができ、第２のＤＣＤＣコンバーター２１の出力電圧を上限変動させて第２のバッテリー２２の充放電行為を実施することができる。

ステップＳ４０５：電源制御ＥＣＵ５０は、車両用制御装置による充放電処理を禁止する。この充放電処理が禁止される期間では、第２のＤＣＤＣコンバーター２１を用いた第２のバッテリー２２の充放電行為を一切実施することができない。つまり、既に開始している充放電処理があれば第２のバッテリー２２の充放電行為が途中で終了し、また新たな充放電処理も開始されない。充放電処理の禁止による制御は、車両が第１走行区間を通過すると解除される（Ｓ４０３、Ｎｏ）。

ステップＳ４０６：車両が第２走行区間を走行中であるため、電源制御ＥＣＵ５０は、充放電処理の開始を禁止する。この充放電処理の開始が禁止される期間では、既に開始している充放電処理に伴う第２のバッテリー２２の充放電行為は終了するまで引き続き実施することができるが、新たな充放電処理は開始することができない。充放電処理の開始禁止による制御は、車両が第２走行区間及び第１走行区間を通過すると解除される（Ｓ４０２、Ｎｏ及びＳ４０３、Ｎｏ）。

なお、上述した充放電処理の開始を禁止する第２走行区間は、特に設けなくても構わない（図４のステップＳ４０２及びＳ４０６を省略）。この場合には、第１走行区間に入ってもまだ実行している充放電処理に関しては、その処理における測定値を破棄するなどして利用しなければよい。

［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る車両用制御装置２によれば、自動運転時では、バックアップ兼用の第２のバッテリー２２に接続されている第２の自動運転系システム２３による電力変動によって、第２のバッテリー２２の入出力電流の変動が所定の基準を超えて大きくなると予測される第１走行区間では、バッテリー状態検知用の充放電処理を実施しない。

この制御により、充放電処理で行われる第２のＤＣＤＣコンバーター２１による出力電圧の上下変動に応じた第２のバッテリー２２の充放電電流を、第２のバッテリー２２に接続されている負荷（第２の自動運転系システム２３）による電力変動にほぼ影響されることなく、規定通りに大きく分散させることができる。よって、第２のバッテリー２２の内部抵抗値を算出するために測定される電圧値を適切にばらつかせることができるため、バッテリーの状態（内部抵抗値）を精度よく検知することができる。

また、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置２によれば、バッテリー状態検知用の充放電処理に必要な時間に基づいて設定される第１走行区間手前の第２走行区間では、バッテリー状態検知用の充放電処理の新たな開始を禁止している。

この制御によって、バッテリー状態検知用の充放電処理が途中で終了することがなくなる。このため、第２のバッテリー２２の内部抵抗値を算出するための電圧値測定が不完全な状態で終了することがなくなるため、バッテリーの状態（内部抵抗値）をさらに精度よく検知することができる。

本発明の車両用制御装置は、２つの電源系統を備えており、ドライバーによる手動運転と車両装置による自動運転との切り替えが可能な車両などに利用可能である。

１ 電源システム
２ 車両用制御装置
１１ 第１のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
１２ 第１のバッテリー
１３ 第１の自動運転系システム
１４ 負荷
２１ 第２のＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
２２ 第２のバッテリー
２３ 第２の自動運転系システム
３０ 電力供給部
４０ 予測設定部
５０ 電源制御ＥＣＵ
６０ リレー装置

Claims (3)

1. 自動運転時におけるバックアップ兼用バッテリーに対して実施されるバッテリー状態検知用の充放電処理を制御する車両用制御装置であって、
   地図情報に基づいて自動運転の走行ルートにおける前記バックアップ兼用バッテリーの入出力電流の変動を予測し、当該入出力電流が所定の基準を超えて変動すると予測される走行区間を第１走行区間に設定する予測設定部と、
   前記予測設定部で予測された前記バックアップ兼用バッテリーの入出力電流の変動状態に基づいて前記バッテリー状態検知用の充放電処理の実施を制御し、前記第１走行区間では前記バッテリー状態検知用の充放電処理の実施を禁止する制御部と、を備える、
   車両用制御装置。
2. 前記制御部は、前記第１走行区間のはじめから前記走行ルート上の所定の距離手前までに設定された第２走行区間では、前記バッテリー状態検知用の充放電処理の新たな開始を禁止する、
   請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記第１走行区間は、車両の操舵操作が生じるカーブ又はブレーキ操作が生じる下り坂を少なくとも含む、
   請求項１に記載の車両用制御装置。

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