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公開番号2021097571
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210624
出願番号2019229538
出願日20191219
発明の名称車両
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類B60L 58/10 20190101AFI20210528BHJP(車両一般)
要約【課題】交換可能な電池パックを搭載した車両において、不具合発生時に車両と電池パックとで不具合の発生原因の切り分けを容易とする。
【解決手段】電動車両は、電池ECU13を含む電池パック10と、電池パック10とは別個に設けられたゲートECU60と、電池バックおよびゲートECU60とは別個に設けられ、バッテリ11の電池電力及び電池電流のうちのいずれか一方を制御対象として制御するHVECU50とを備える。ゲートECU60は、電池ECU13とHVECU50との間の通信を中継するとともに、電池ECU13とHVECU50との間で授受される情報についての履歴情報をリングバッファ60eに記憶させる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
二次電池と、前記二次電池の状態を検出する第1電池センサと、第1制御装置とを含む電池パックと、
前記電池パックとは別個に設けられ、所定の情報を記憶する記憶装置を含む第2制御装置と、
前記電池パックおよび前記第2制御装置とは別個に設けられ、前記二次電池の電池電力及び電池電流のうちのいずれか一方を制御対象として制御する第3制御装置とを備え、
前記第2制御装置は、前記第1制御装置と前記第3制御装置との間の通信を中継するとともに、前記第1制御装置と前記第3制御装置との間で授受される情報についての履歴情報を前記記憶装置に記憶させる、車両。
続きを表示(約 410 文字)【請求項2】
前記第2制御装置は、直近の予め定められた期間における前記履歴情報を前記記憶装置に記憶させる、請求項1に記載の車両。
【請求項3】
前記第1制御装置は、前記第1電池センサの検出値を用いて、前記電池電力及び前記電池電流のうちのいずれか他方についての第1制限値を算出し、
前記第2制御装置は、前記第1制御装置において算出された前記第1制限値を、前記制御対象に対応した第2制限値に変換し、
前記第3制御装置は、変換された前記第2制限値を用いて前記制御対象を制御する、請求項1または2に記載の車両。
【請求項4】
前記第1電池センサとは別個に設けられ、前記二次電池の状態を検出する第2電池センサをさらに備え、
前記第2制御装置は、前記履歴情報に加えて、前記第2電池センサの検出値の履歴を前記記憶装置に記憶させる、請求項1〜3のいずれかに記載の車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、交換可能な電池パックを搭載した車両に関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
特開2019−156007号公報(特許文献1)には、車両に搭載された二次電池の入力電力の上限値を示す電力上限値(Win)を用いて、二次電池の入力電力を制御する制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019−156007号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、二次電池を動力源とする電動車両(たとえば、電気自動車又はハイブリッド車)の普及が進んでいる。電動車両において、電池劣化などに起因して二次電池の容量又は性能が低下した場合に、電動車両に搭載された二次電池を交換することが考えられる。
【0005】
二次電池は、一般に電池パックの形態で車両に搭載される。電池パックは、二次電池と、二次電池の状態(たとえば、電流、電圧、及び温度)を検出するセンサと、制御装置とを含んで構成される。以下、電池パックに内蔵される制御装置、センサを、それぞれ「電池ECU」、「電池センサ」と記載する場合がある。電池パックには、二次電池に合った周辺機器(たとえば、センサ及び制御装置)が搭載される。電池パックにおいては、二次電池及びその周辺機器が正常に動作するように整備されている。このため、車両に搭載された二次電池を交換するときには、二次電池のみを交換するのではなく、車両に搭載された電池パックごと交換することが、車両整備の観点から好ましいと考えられる。
【0006】
上記特許文献1に記載されるように、電池パックとは別個に車両に搭載され、電力上限値を用いて二次電池の入力電力を制御する制御装置が知られている。この制御装置は、電力基準の入力制限を行なうように構成される。電力基準の入力制限は、二次電池の入力電力が電力上限値を超えないように二次電池の入力電力を制御する処理である。一般に、電力基準の入力制限を行なう制御装置を採用する車両には、電池センサの検出値を用いて電力上限値を求める電池ECUを含む電池パックが搭載される。
【0007】
このような電池パックが交換される場合においては、交換後の電池パックと車両の制御装置との間で通信を可能とするために通信を中継する制御装置が別個に設けられる構成が考えられる。このような構成を有する車両において、交換後の電池パックの使用中に電池電力の制御に関連した何らかの不具合が発生した場合に、車両整備の観点から電池パックと車両とで不具合の発生原因の切り分けを容易にすることが求められる。
【0008】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、交換可能な電池パックを搭載した車両において、不具合発生時に車両と電池パックとで不具合の発生原因の切り分けを容易とする車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示のある局面に係る車両は、二次電池と、二次電池の状態を検出する第1電池センサと、第1制御装置とを含む電池パックと、電池パックとは別個に設けられ、所定の情報を記憶する記憶装置を含む第2制御装置と、電池パックおよび第2制御装置とは別個に設けられ、二次電池の電池電力及び電池電流のうちのいずれか一方を制御対象として制御する第3制御装置とを備える。第2制御装置は、第1制御装置と第3制御装置との間の通信を中継するとともに、第1制御装置と第3制御装置との間で授受される情報についての履歴情報を記憶装置に記憶させる。
【0010】
このようにすると、第1制御装置と第3制御装置との間の通信を中継する第2制御装置の記憶装置には、第1制御装置と第3制御装置との間で授受される情報についての履歴情報が記憶されるため、電池パックの使用中に電池電力の制御に関連した何らかの不具合が発生した場合に、記憶された履歴情報を用いて電池パックと車両とで不具合の発生原因を容易に切り分けることができる。
【0011】
ある実施の形態においては、第2制御装置は、直近の予め定められた期間における履歴情報を記憶装置に記憶させる。
【0012】
このようにすると、記憶装置の記憶容量を不必要に大きくすることなく履歴情報を記憶装置に記憶させることができる。
【0013】
さらにある実施の形態においては、第1制御装置は、第1電池センサの検出値を用いて、電池電力及び電池電流のうちのいずれか他方についての第1制限値を算出する。第2制御装置は、第1制御装置において算出された第1制限値を、制御対象に対応した第2制限値に変換する。第3制御装置は、変換された第2制限値を用いて制御対象を制御する。
【0014】
このようにすると、第1制御装置において算出される第1制限値が第2制御装置において第2制限値に変換されるので、第3制御装置の構成を変更することなく、二次電池の電池電力または電池電流のうちのいずれかの一方である制御対象の制御が可能となる。
【0015】
さらにある実施の形態においては、第1電池センサとは別個に設けられ、二次電池の状態を検出する第2電池センサをさらに備える。第2制御装置は、履歴情報に加えて、第2電池センサの検出値の履歴を記憶装置に記憶させる。
【0016】
このようにすると、第1電池センサの検出値と第2電池センサの検出値との比較が可能となるため、電池パックと車両とで不具合の発生原因を容易に切り分けることができる。
【発明の効果】
【0017】
本開示によれば、交換可能な電池パックを搭載した車両において、不具合発生時に車両と電池パックとで不具合の発生原因の切り分けを容易とする車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
本開示の実施の形態に係る電動車両の構成を示す図である。
本開示の実施の形態に係る車両に含まれる各制御装置の接続態様を示す図である。
目標電池電力を決定するために使用されるマップの一例を示す図である。
電池パック、HVECU、及びゲートECUの詳細構成を示す図である。
変形例における電池パック、HVECU、及びゲートECUの詳細構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下では、電子制御ユニット(Electronic Control Unit)を「ECU」とも称する。
【0020】
図1は、本開示の実施の形態に係る電動車両(以下、車両と記載する)100の構成を示す図である。この実施の形態では、車両100は、前輪駆動の4輪自動車(より特定的には、ハイブリッド車)を想定しているが、車輪の数及び駆動方式は適宜変更可能である。たとえば、駆動方式は、後輪駆動であってもよいし、4輪駆動であってもよい。
【0021】
図1を参照して、車両100には、電池ECU13を含む電池パック10が搭載されている。また、電池パック10とは別個に、モータECU23と、エンジンECU33と、HVECU50と、ゲートECU60とが、車両100に搭載されている。モータECU23、エンジンECU33、HVECU50、及びゲートECU60の各々は、電池パック10の外側に位置する。電池ECU13は電池パック10の内部に位置する。この実施の形態において、電池ECU13、ゲートECU60、HVECU50は、それぞれ本開示に係る「第1制御装置」、「第2制御装置」、「第3制御装置」の一例に相当する。
【0022】
電池パック10は、バッテリ11と、電圧センサ12aと、電流センサ12bと、温度センサ12cと、電池ECU13と、SMR(System Main Relay)14とを含む。バッテリ11は、二次電池として機能する。この実施の形態では、電気的に接続された複数のリチウムイオン電池を含む組電池を、バッテリ11として採用する。組電池を構成する各二次電池は、「セル」とも称される。この実施の形態では、バッテリ11を構成する各リチウムイオン電池が、「セル」に相当する。なお、電池パック10に含まれる二次電池は、リチウムイオン電池に限られず、他の二次電池(たとえば、ニッケル水素電池)であってもよい。二次電池として、電解液式二次電池を採用してもよいし、全固体式二次電池を採用してもよい。
【0023】
電圧センサ12aは、バッテリ11のセル毎の電圧を検出する。電流センサ12bは、バッテリ11に流れる電流(充電側を負とする)を検出する。温度センサ12cは、バッテリ11のセル毎の温度を検出する。各センサは、その検出結果を電池ECU13へ出力する。電流センサ12bは、バッテリ11の電流経路に設けられる。この実施の形態では、電圧センサ12a及び温度センサ12cの各々が、1つのセル毎に1つずつ設けられる。ただしこれに限られず、電圧センサ12a及び温度センサ12cの各々は、複数個のセル毎に1つずつ設けられていてもよいし、1つの組電池に対して1つだけ設けられていてもよい。以下、電圧センサ12a、電流センサ12b、及び温度センサ12cを、包括的に「電池センサ12」と総称する。電池センサ12は、上記センサ機能に加えて、SOC(State Of Charge)推定機能、SOH(State of Health)推定機能、セル電圧の均等化機能、診断機能、及び通信機能をさらに有するBMS(Battery Management System)であってもよい。
【0024】
SMR14は、電池パック10の外部接続端子T1,T2とバッテリ11とを結ぶ電力経路の接続/遮断を切り替えるように構成される。SMR14としては、たとえば電磁式のメカニカルリレーを採用できる。この実施の形態では、電池パック10の外部接続端子T1,T2にPCU(Power Control Unit)24が接続される。バッテリ11は、SMR14を介してPCU24と接続されている。SMR14が閉状態(接続状態)であるときには、バッテリ11とPCU24との間で電力の授受を行なうことが可能になる。他方、SMR14が開状態(遮断状態)であるときには、バッテリ11とPCU24とを結ぶ電力経路が遮断される。この実施の形態では、SMR14が、電池ECU13によって制御される。電池ECU13は、HVECU50からの指示に従ってSMR14を制御する。SMR14は、たとえば車両100の走行時に閉状態(接続状態)にされる。
【0025】
車両100は、エンジン31と、第1モータジェネレータ21a(以下、「MG21a」と表記する)と、第2モータジェネレータ21b(以下、「MG21b」と表記する)とを、走行用の動力源として備える。MG21a及び21bの各々は、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能との両方を兼ね備えるモータジェネレータである。MG21a及び21bの各々としては、交流モータ(たとえば、永久磁石式同期モータ又は誘導モータ)が用いられる。MG21a及び21bの各々は、PCU24を介してバッテリ11に電気的に接続されている。MG21a、MG21bはそれぞれロータ軸42a、42bを有する。ロータ軸42a、42bはそれぞれMG21a、MG21bの回転軸に相当する。
【0026】
車両100は、シングルピニオン型のプラネタリギヤ42をさらに備える。エンジン31の出力軸41とMG21aのロータ軸42aとの各々は、プラネタリギヤ42に連結されている。エンジン31は、たとえば複数の気筒(たとえば、4つの気筒)を含む火花点火式内燃機関である。エンジン31は、各気筒内で燃料を燃焼させることによって動力を生成し、生成された動力によって全ての気筒に共通のクランクシャフト(図示せず)を回転させる。エンジン31のクランクシャフトは、図示しないトーショナルダンパを介して、出力軸41に接続されている。クランクシャフトが回転することによって出力軸41も回転する。
【0027】
プラネタリギヤ42は、3つの回転要素、すなわち入力要素、出力要素、及び反力要素を有する。より具体的には、プラネタリギヤ42は、サンギヤと、サンギヤと同軸に配置されたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤを自転及び公転可能に保持するキャリヤとを有する。キャリヤが入力要素に、リングギヤが出力要素に、サンギヤが反力要素に相当する。
【0028】
エンジン31及びMG21aの各々はプラネタリギヤ42を介して駆動輪45a,45bに機械的に連結される。エンジン31の出力軸41は、プラネタリギヤ42のキャリヤに連結されている。MG21aのロータ軸42aは、プラネタリギヤ42のサンギヤに連結されている。キャリヤには、エンジン31が出力するトルクが入力される。プラネタリギヤ42は、エンジン31が出力軸41に出力するトルクをサンギヤ(ひいては、MG21a)とリングギヤとに分割して伝達するように構成される。エンジン31が出力するトルクがリングギヤへ出力されるときには、MG21aによる反力トルクがサンギヤに作用する。
【0029】
プラネタリギヤ42及びMG21bは、プラネタリギヤ42から出力される動力とMG21bから出力される動力とが合わさって駆動輪45a,45bに伝達されるように構成される。より具体的には、プラネタリギヤ42のリングギヤには、ドリブンギヤ43に噛み合う出力ギヤ(図示せず)が取り付けられている。また、MG21bのロータ軸42bに取り付けられたドライブギヤ(図示せず)も、ドリブンギヤ43に噛み合っている。ドリブンギヤ43は、MG21bがロータ軸42bに出力したトルクと、プラネタリギヤ42のリングギヤから出力されたトルクとを合成するように作用する。このように合成された駆動トルクは、デファレンシャルギヤ44に伝達され、さらに、デファレンシャルギヤ44から左右に延びたドライブシャフト44a,44bを介して駆動輪45a,45bに伝達される。
【0030】
MG21a、21bには、それぞれMG21a、21bの状態(たとえば、電流、電圧、温度、及び回転速度)を検出するモータセンサ22a及び22bが設けられている。モータセンサ22a及び22bの各々は、その検出結果をモータECU23へ出力する。エンジン31には、エンジン31の状態(たとえば、吸気量、吸気圧、吸気温度、排気圧、排気温度、触媒温度、エンジン冷却水温、及び回転速度)を検出するエンジンセンサ32が設けられている。エンジンセンサ32は、その検出結果をエンジンECU33へ出力する。
(【0031】以降は省略されています)

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