TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2020005485
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200109
出願番号2018126140
出願日20180702
発明の名称車両用制御装置
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人 小笠原特許事務所
主分類B60L 3/00 20190101AFI20191206BHJP(車両一般)
要約【課題】バックアップ兼用バッテリーのSOCの低下を抑制できる車両用制御装置を提供する。
【解決手段】所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置は、地図情報に基づいて、設定された走行ルートの走行中におけるバッテリーから車載機器に供給する電流を予測する予測部と、予測部が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値とバッテリーの状態とに基づいて目標蓄電量を算出し、上記区間に車両が到達する前に目標蓄電量に応じて制御目標値を上昇させる制御部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量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、設定された走行ルートの走行中における前記バッテリーから車載機器に供給する電流を予測する予測部と、
前記予測部が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、前記電流予測値と前記バッテリーの状態とに基づいて目標蓄電量を算出し、前記区間に車両が到達する前に前記目標蓄電量に応じて前記制御目標値を上昇させる制御部と、を備える、
車両用制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置に関する。
続きを表示(約 8,200 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、自動運転の際に、検出した白線に基づいて車道の走行を維持するように車両を制御するEV車が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−26986号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、自動運転機能を有する車両は、自動運転による走行中にメインバッテリーが失陥した場合であっても、車載機器に電力を供給して所定の退避動作を行わせることを可能とするべく、補助電源としても使用されるバックアップ兼用バッテリーをさらに備えた冗長電源構成を採用している。バックアップ兼用バッテリーは、メインバッテリーの失陥発生時における緊急的な電力供給に備えるため、バックアップ供給に必要なバッテリーの蓄電量(SOC)を維持しておく必要がある。
【0005】
ここで、上述の冗長電源構成において、自動運転時に、例えば急カーブや急な下り坂の走行により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大きな電流を消費すると、メインバッテリー及びバックアップ兼用バッテリーのSOCが低下する場合がある。バックアップ兼用バッテリーのSOCが一定値を下回ると、メインバッテリーが失陥した場合、バックアップ供給が困難となり、自動運転の継続も困難となる。
【0006】
本発明は、バックアップ兼用バッテリーのSOCの低下を抑制できる車両用制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置に関するものであって、地図情報に基づいて、設定された走行ルートの走行中におけるバッテリーから車載機器に供給する電流を予測する予測部と、予測部が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値とバッテリーの状態とに基づいて目標蓄電量を算出し、上記区間に車両が到達する前に目標蓄電量に応じて制御目標値を上昇させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、バックアップ兼用バッテリーのSOCの低下を抑制できる車両用制御装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明の一実施形態に係る車両用制御装置を含む電源システムの概略構成を示す図
SOCとOCVとの間の相関関係を示す図
リチウムイオン電池の温度、SOC、及び電池の内部抵抗値の相関関係を示す図
電源制御ECUによるSOCの制御目標値の制御を示す図
車両用制御装置が行う充電処理の制御を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0010】
(概要)
本発明に係る所定の制御目標値に従って車両のバッテリーの蓄電量を制御する車両用制御装置は、電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値とバッテリーの状態とに基づいて目標SOCを算出し、上記区間に車両が到達する前に目標SOCに応じて制御目標値を上昇させる。これにより、バッテリーのSOCの低下を抑制でき、その結果、継続して自動運転を行うことができる。
【0011】
(実施形態)
<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を含む電源システム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、及び負荷装置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、予測部40と、電源制御ECU50と、を備えて構成されている。予測部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。
【0012】
電源システム1は、例えばドライバーによる手動運転と第1の自動運転系システム13及び第2の自動運転系システム23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、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ことができる。また、電源システム1は、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することができる。
【0013】
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。
【0014】
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、及び負荷装置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、及び負荷装置14に出力する。
【0015】
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、第2の自動運転系システム23、及び負荷装置14等の車載機器に出力できるように構成されている。
【0016】
第1の自動運転系システム13、第2の自動運転系システム23は、相補的あるいは冗長的に構成され、車両の自動運転制御のためのECUと電動ブレーキ装置や電動パワーステアリング装置等のアクチュエータとを含む。
【0017】
負荷装置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つ以上の装置であり、例えば、ヘッドランプやワイパーが含まれる。
【0018】
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。
【0019】
第2のバッテリー22は、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1の自動運転系システム13、第2の自動運転系システム23、負荷装置14等の車載機器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、車両の自動運転中に第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。
【0020】
予測部40は、例えば自動運転制御装置(図示せず)から自動運転の走行ルートにおける走行ルート情報(地図情報)を取得し、あるいは、例えばナビゲーション装置(図示せず)から予め設定された走行ルートに関する地図情報を取得する。予測部40は、これらの地図情報に基づいて、走行ルートの走行中における第2のバッテリー22から、第1の自動運転系システム13、第2の自動運転系システム23、負荷装置14等の車載機器に供給する電流を予測する。予測は、走行ルートにおいて予め設定した複数の区間ごとに行うことができる。区間の設定方法については特に限定されない。また、予測部40が予測する電流値は、各区間における積算値や平均値であってもよいし、瞬間的な最大値などであってもよい。尚、予測部40は、自動運転制御装置及びナビゲーション装置に含まれていてもよい。
【0021】
例えば、カーブなどでステアリングを切った状態で走行を続ける区間では、電動パワーステアリング装置に大きな電流が継続して供給される。また、例えば、下り坂などでブレーキを踏んだ状態で走行を続ける区間では、電動ブレーキ装置に大きな電流が継続して供給される。予測部40は、地図情報に基づいて、このような走行ルートを含む区間の走行中における第2のバッテリー22から上記車載機器に供給される電流を予測することができる。
【0022】
電源制御ECU50は、予測部40が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、その電流予測値と第2のバッテリー22の状態とに基づいて目標SOCを算出する。この目標SOCは、第2のバッテリー22が電流予測値に相当する電流を放電してSOCが低下しても、低下後のSOCにおいてバックアップ兼用バッテリーとしての役割を十分に果たし得るように算出される値である。そして、電源制御ECU50は、算出した目標SOCに応じて第2のバッテリー22のSOCの制御目標値を上昇させる。電源制御ECU50による第2のバッテリー22のSOCの制御目標値の制御について、詳細は後述する。
【0023】
電源制御ECU50は、典型的には中央演算処理装置(CPU)、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、所定の機能が実現される。
【0024】
<電池特性>
図2は、第2のバッテリー22におけるSOCと開放電圧(OCV)との間の相関関係を示す図であり、横軸に第2のバッテリー22のSOC[%]を示し、縦軸に第2のバッテリー22のOCV[V]を示す。図2に示すように、第2のバッテリー22のSOCは、第2のバッテリー22のSOCがバックアップ供給のために必要なSOCを下回る(不足する)範囲と、バックアップ供給を許容するSOCの範囲と、バックアップ兼用バッテリーとしての役割を十分に果たし得るために維持すべきSOCの範囲(以下、「SOC維持範囲」ということがある)とを有する。
【0025】
第2のバッテリー22のSOCは、予め設定された所定のSOCの制御目標値に従って、SOC維持範囲内となるように、第2のDCDCコンバーター21による充放電処理により制御されている。しかしながら、第2のバッテリー22から電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などに大きな電流が継続して供給されると、第2のバッテリー22のSOCは低下する。自動運転中において、第2のバッテリー22のSOCがバックアップ供給のために必要なSOCの範囲を下回る状態で第1のバッテリー12が失陥した場合、バックアップ供給が困難となり、自動運転の継続も困難となる。また、手動運転中において、第2のバッテリー22のSOCがバックアップ供給のために必要なSOCを下回る範囲まで低下した場合、第2のバッテリー22のSOCが充電により少なくともバックアップ供給を許容するSOCの範囲となるまで、手動運転から自動運転に切り替えるべきではない。
【0026】
図3は、リチウムイオン電池の温度、SOC、及び電池の内部抵抗値の相関関係を示す図である。図3に示すように、常温(25℃)と低温とでは、低温の方が、第2のバッテリー22(リチウムイオン電池)の抵抗値が高くなるので、充電時間が長くなる。また、SOCが相対的に高い状態と低い状態とでは、SOCが低い状態の方が、第2のバッテリー22の抵抗値が高くなるので、充電時間が長くなる。バックアップ供給のために必要なSOCを下回る範囲にSOCが低下した時点で第2のバッテリー22の充電を開始する場合、バックアップ供給を許容するSOCの範囲にSOCが低下した時点で第2のバッテリー22の充電を開始する場合と比べて、所定の電力量を充電する充電時間が長くなる。
【0027】
<SOCの制御目標値の制御方法>
図4は、電源制御ECU50によるSOCの制御目標値の制御を示す図である。図4に示すように、走行ルートは、一例として、順に、直線状の走行ルート、カーブの走行ルート及び直線状の走行ルートが連続して存在するルートを有する。カーブの走行ルートにおいては、第2のバッテリー22から電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などの車載機器に大きな電流が供給される。予測部40は、地図情報に基づいて、カーブや下り坂などの走行中における第2のバッテリー22から車載機器に供給される大電流などの電流値を予測する。電源制御ECU50は、予測部40が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、当該電流予測値と、第2のバッテリー22の状態、例えば図3に示すような第2のバッテリー22の温度、SOC、及び内部抵抗値の相関関係を示すマップから求められる第2のバッテリー22の状態とに基づき、第2のバッテリー22の目標SOCを算出する。電源制御ECU50は、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、目標SOCに応じて第2のバッテリー22の制御目標値を上昇させる。
【0028】
予測電流値における所定値は、SOCの制御目標値と、予測電流値の予測時点における第2のバッテリー22のSOCとに基づき、適宜設定することができる。また、制御目標値を上昇させるタイミングは、上昇させたSOCの制御目標値と、予測電流値の予測時点における第2のバッテリー22のSOCとに基づき、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、適宜設定することができる。
【0029】
また、電源制御ECU50は、電流予測値が所定値以上となる区間の経過後において、第2のバッテリー22のSOCの制御目標値を元に戻すことができる。これにより、第2のバッテリー22の余分な充電を防止することができる。
【0030】
<充電処理制御>
次に、図5を参照して、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5は、車両用制御装置2が行う充電処理の制御を説明するフローチャートである。図5に示す充電処理の制御は、車両が走行可能状態となるREADY−ON状態となった場合に開始され、車両の走行が可能でなくなる状態となるREADY−OFF状態となるまで繰り返し実行される。
【0031】
まず、ステップS1において、電源制御ECU50は、第2のバッテリー22のSOCがSOC維持範囲外であるか否かを判定する。ステップS1の判定がYESの場合、処理はステップS2に進み、それ以外の場合(ステップS2でNO)は、ステップS3に進む。
【0032】
ステップS2において、電源制御ECU50は、第2のバッテリー22のSOCがSOC維持範囲内となるように、第2のバッテリー22を充電又は放電させる。その後、処理はステップS3に進む。尚、ステップS1及びステップS2の処理は、第2のバッテリー22のSOCをSOC維持範囲内とするために初回周期のみ実行される処理である。
【0033】
ステップS3において、電源制御ECU50は、自車両が手動運転中であるか否かを判定する。ステップS3の判定がYESの場合、処理はステップS4に進み、それ以外の場合(ステップS3でNO)は、ステップS5に進む。
【0034】
ステップS4において、予測部40は、ナビゲーション装置から設定された走行ルートに関する地図情報を取得し、この地図情報に基づいて、走行ルートの走行中における第2のバッテリー22から車載機器に供給する電流を予測する。その後、処理はステップS6に進む。
【0035】
ステップS5において、予測部40は、自動運転制御装置から自動運転の走行ルートにおける地図情報を取得し、この地図情報に基づいて、自動運転の走行ルートの走行中における第2のバッテリー22から車載機器に供給する電流を予測する。その後、処理はステップS6に進む。
【0036】
ステップS6において、電源制御ECU50は、予測部40が予測した電流予測値が所定値以上となる区間があるか否かを判定する。ステップS6の判定がYESの場合、処理はステップS7に進み、それ以外の場合(ステップS6でNO)は、ステップS9に進む。
【0037】
ステップS7において、電源制御ECU50は、電流予測値と第2のバッテリー22の状態とに基づいて目標SOCを算出し、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、目標SOCに応じて第2のバッテリー22のSOCの制御目標値を上昇させる。その後、処理はステップS8に進む。
【0038】
ステップS8において、電源制御ECU50は、第2のバッテリー22のSOCが上昇させた制御目標値となるように、第2のDCDCコンバーター21に対する電圧指示値を制御する。その後、処理はステップS3に戻る。
【0039】
ステップS9において、電源制御ECU50は、第2のバッテリー22のSOCが予め設定された制御目標値となるように、第2のDCDCコンバーター21に対する電圧指示値を制御する。その後、処理はステップS3に戻る。
【0040】
<効果等>
本発明の一実施形態に係る車両用制御装置2によれば、予測部40が予測した電流予測値が所定値以上となる区間がある場合に、電流予測値と第2のバッテリー22の状態とに基づいて目標SOCを算出し、電流予測値が所定値以上となる区間に車両が到達する前に、目標SOCに応じて第2のバッテリー22のSOCの制御目標値を上昇させる。
【0041】
これにより、車載機器に大きな電流が供給されることで第2のバッテリー22のSOCが低下すると予測される場合に、第2のバッテリー22のSOCの制御目標値を上昇させて予め第2のバッテリー22の充電を多めに行うことができる。そのため、第2のバッテリー22のSOCがその後低下しても、バックアップ可能なSOCの範囲内に留まり得る。その結果、継続して自動運転を行うことができる。
【0042】
また、低温時は常温時と比べて第2のバッテリー22の充電の所要時間が長い。そのため、特に低温時において本発明の効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明に係る車両用制御装置は、車両のバッテリーの蓄電量を制御する制御装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【0044】
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 負荷装置
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 予測部
50 電源制御ECU

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
冷却器
トヨタ自動車株式会社
電動機
トヨタ自動車株式会社
接合剤
トヨタ自動車株式会社
巻線装置
トヨタ自動車株式会社
配管構造
トヨタ自動車株式会社
蓄電装置
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
積層電池
トヨタ自動車株式会社
蓄電装置
トヨタ自動車株式会社
蓄電装置
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
圧縮装置
トヨタ自動車株式会社
蓄電装置
トヨタ自動車株式会社
締結方法
トヨタ自動車株式会社
混練方法
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
照明装置
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
電動車両
トヨタ自動車株式会社
検査装置
トヨタ自動車株式会社
蓄電装置
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
集塵装置
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
内燃機関
トヨタ自動車株式会社
混練方法
トヨタ自動車株式会社
全固体電池
トヨタ自動車株式会社
電池ケース
トヨタ自動車株式会社
高圧タンク
トヨタ自動車株式会社
全固体電池
トヨタ自動車株式会社
全固体電池
続きを見る