JP5126008B2 - 車両用電池診断システムおよび車両 - Google Patents

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Description

この発明は、車両用電池診断システムおよび車両に関し、特に充電可能な電池を動力源として搭載した車両の電池の使用状態を診断する車両用電池診断システムおよび車両に関する。
特開2005−227141号公報(特許文献1)は、車両の消耗品の劣化を診断し、その診断結果を車載ディスプレイ画面に表示するシステムにおいて、診断にドライバー運転挙動の情報を加味して、消耗品の劣化度合と運転挙動とを関連付けて表示する車両診断システムを開示する。
特開2005−227141号公報
近年、環境問題に配慮して排出ガスを低減させた電気自動車やハイブリッド自動車などの車両の開発が盛んである。
このような車両の電池は、車両を駆動するモータのエネルギ源として搭載される。一般に、このような電池は、充電と放電とが可能な二次電池である。電気自動車の場合は充電ケーブルを使用して電池に充電を行なう。ハイブリッド自動車の場合はエンジンで車載の発電機を回して発電を行ない、その発電した電力で充電を行なう。なお電気自動車やハイブリッド自動車の双方において車両を減速させる際には、駆動用モータにおいて回生制動が行なわれ、この回生制動時に発電された電力も電池に充電される。
このように車両の動力源として搭載した電池は、使用により経時劣化するため寿命を有する。これは、長時間の走行により、電池の内部抵抗が上昇してセルの充放電能力(電池容量)が次第に低下していくためである。この電池の経時劣化は、運転者の運転パターンや、車両がおかれている環境によって異なる。
したがって、車両を個別に電池の充放電に関する制御を最適化することにより電池の寿命を延ばすことができる可能性がある。
電池も消耗品の一種であり、上記の特開2005−227141号公報に開示された車両診断システムの適用が考えられるが、このシステムでは、車両診断後にユーザが何をすべきか、どのような改善案があるのかがわかりにくい。ユーザにどのような電池寿命の改善案があるのかをわかりやすく提示することが望まれる。
この発明の目的は、車両に搭載した電池の寿命を改善するための制御プランを提示し、車両の制御に関する制御情報を変更することができる車両用電池診断システムおよびその車両用電池診断システムによって制御情報が変更可能に構成された車両を提供することである。
この発明は、要約すると、充電可能な電池を動力源として搭載した車両の電池の使用状態を診断する車両用電池診断システムであって、電池に関する使用条件を含む診断情報を蓄積する情報蓄積部と、診断情報に基づいて、電池の寿命を改善するための車両の複数の制御プランを提示する制御プラン提示部と、複数のプランのうちユーザに選択された制御プランに対応するように、車両に保持されている車両の制御に関する制御情報を変更する情報変更部とを備える。
好ましくは、車両は、車輪を駆動する回転電機を含む。回転電機は、車両を制動させる際に回生電力を発生する。制御情報は、変更が可能であり、電池に受け入れ可能な電力の上限を定めた制御パラメータを含む。
好ましくは、車両は、車輪を駆動する回転電機を含む。制御情報は、変更が可能であり、電池から出力可能な電力の上限を定めた制御パラメータを含む。
好ましくは、車両は、電池の電力を使用し、電池の収容空間の温度を調節する温度調節装置を含む。制御情報は、変更が可能であり、温度調節装置の目標値を定めた制御パラメータを含む。
好ましくは、車両は、内燃機関と、内燃機関から動力を受けて発電を行なう発電機と、発電機の発電電力で電池を充電する制御をおこなう制御部とを含む。制御情報は、変更が可能であり、電池の充電状態の目標値を定めた制御パラメータを含む。
この発明は、他の局面においては、上記いずれかの車両用電池診断システムに接続可能に構成され、車両の制御に関する制御情報を変更可能な情報記憶部を含む車両である。
本発明によれば、ユーザがどのような改善案があるのかがわかりやすく示され、車両の性能をその改善案に合わせて変更することが可能となる。
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分については同一の符号を付して詳細な説明は繰返さない。
図1は、本実施の形態の車両用電池診断システムの概略構成を示すブロック図である。
図1を参照して、車両10を使用するユーザがディーラ等の点検・修理業者に車両を持参する。車両10は、電池診断部102に接続される。電池診断部102は、車両10のバッテリの状態を測定しまたは車両のECUが測定していた結果を読出して診断を行ない、その診断結果を診断結果データベース104Aに保存する。
ユーザは、端末110Aを操作し診断結果をデータベース104Aから読出して、端末110Aの画面に表示させる。ディーラ等の点検・修理業者は、端末110Bを操作して異常セルやモジュールの判定結果のみならず特性を含んだ情報をデータベース104Aから呼出して端末110Bの画面に表示させる。またディーラ等の点検・修理業者は、端末110Cを操作して、データベース104Aに保存された診断結果に基づいて、バッテリの一部のモジュールを交換した際の余寿命を算出させそれが保存されたデータベース104Bにアクセスして余寿命判定結果を端末110Cの画面に表示させる。また診断結果はメーカのデータベース202にも転送されメーカの技術者は端末204を操作してその内容を調べることもできる。
またメーカでは、劣化が進んだ電池モジュールの余寿命を延ばすための制御パラメータがデータベース23に管理されている。管理データが端末204から入力され、データベース202に保存されている。ディーラ等の点検・修理業者は、端末110Cからメーカのデータベース202に現状の電池モジュールの余寿命を延ばすための制御パラメータの問合せを行ない、対応する制御パラメータを含む情報がデータベース23から選択され、ディーラの端末110Cに送信される。ディーラ等の点検・修理業者は、端末110Cがらメモリカードなどに受信した制御パラメータを書き込み、それを車両に現在保存されている制御パラメータと置換する。すると余寿命を延ばすことができ、たとえば、次回の車検日まで電池を交換しないで済ますことができる。
図2は、本実施の形態の車両用電池診断システム100の構成を示したブロック図である。
図2を参照して、車両用電池診断システム100は、ユーザの車両10に接続し、車両に搭載された電子の診断を行なうとともに、その電池の寿命を改善するため制御プランを提示し、車両の制御情報を変更することができるものである。
車両用電池診断システム100は、車両10に接続するための接続部101と、接続部101を経由して車両10の電池に電気的に接続され、電池の診断を行なう電池診断部102と、電池診断部102が診断した電池に関する診断情報を蓄積する情報蓄積部104とを含む。情報蓄積部104として、たとえばハードディスクドライブ装置や、不揮発型メモリなどを使用することができる。
車両用電池診断システム100は、さらに、情報蓄積部104に蓄積された診断情報に基づいて、電池の寿命を改善するための車両の複数のプランを提示する制御プラン提示部114と、制御プラン提示部114が提示した複数の制御プランをユーザに表示するための表示部110と、ユーザが表示された複数の制御プランのうちいずれを選択するかを操作する操作入力部108と、複数のプランのうちユーザに選択された制御プランに対応するように、車両に保持されている車両の制御に関する制御情報を変更する情報変更部112とを含む。
情報変更部112および制御プラン提示部114は、たとえばコンピュータのような1つの制御装置106で実現することができる。また表示部110および操作入力部108は、タッチパネル付きの液晶ディスプレイなどで実現することができる。
なお、電池診断部102と制御装置106とを別々に情報蓄積部104に接続できるように分離可能としてもよい。
図3は、図2に示した車両10の構成を示す回路図である。
図3を参照して、車両10は、車両用電池診断システム100の接続部101を介して電池診断部102および情報変更部112に接続可能に構成される。
車両10は、駆動輪22と、モータジェネレータMG1,MG2と、動力分割機構25と、エンジン24と、インバータ29と電池11とを含む。電池11は、モータジェネレータMG1,MG2を駆動制御するインバータ29に電力を供給する。
車両10は、さらに、電圧センサ42と、電流センサ43と、電池ECU44と、車載ECU12と、補機電源28とを含む。
電池11の電圧値は電圧センサ42で計測され、電流値は電流センサ43で計測されて電池ECU44に送られる。電池ECUでは、電流値や電圧値にもとづいて電池11の充電状態(SOC:State Of Charge)が算出される。
電池診断部102は車両10と接続されて電池の診断を行なう。まず、車両10内部の補機電源28が電池診断部102に電源ケーブル17により接続される。この接続により寿命を判定する車両側から電池診断部102へ定格電流が与えられる。つまり、電池診断部102はその内部に電源を有さなくてもよく、簡易な装置とすることができる。
次に、電池診断部102は電池11の各モジュール16の正極端子14および負極端子15に対して検査ケーブル18によって接続される。この接続により、電池11の各モジュール16の電圧値が測定される。ただし、補機電源28からの電源供給によると車両10の燃費が低下するため、別途外部電源(図示せず)を用いてもよい。
車両10は、ハイブリッド自動車である例を図示したが、電気自動車であっても良い。また、車両10は、外部から電池11を充電可能に構成したプラグイン充電可能なハイブリッド車両であっても良い。
動力分割機構25は、エンジン24、モータジェネレータMG1,MG2の回転軸に接続されている。そして3つの回転軸のうちいずれか2つが決定されると他の1つは強制的に回転速度が定まる。たとえば動力分割機構25は、3つの入力軸を有するプラネタリギヤ(遊星歯車機構)が好適に用いられる。モータジェネレータMG2の回転軸は駆動輪22に減速ギヤなどによって接続されており、主として駆動輪22を駆動するモータとして動作する。また駆動輪22に対して制動力を働かせる場合には、モータジェネレータMG2は回生電力を発生する。
モータジェネレータMG1は主としてエンジンの動力を用いて発電を行なう発電機として動作する。モータジェネレータMG1で発電された電力はインバータ29を経由してモータジェネレータMG2に供給されたり、電池11に充電されたりする。
車載ECU12は、インバータ29およびエンジン24に対して制御を行なう。この車載ECU12の内部には制御パラメータがメモリ13などに記憶されており、そのパラメータは情報変更部112によって書換えられることが可能に構成されている。
図4は、図2の車両用電池診断システム100において実行される制御を説明するためのフローチャートである。
図2、図4を参照して、まずステップS1において情報蓄積部104に蓄積されていた診断結果が制御プラン提示部114に読出される。この診断結果には、電池がどのように使われていたかを示す情報が含まれている。このため図3の車載ECU12は、ユーザの使用した履歴を集計して保存しており、電池診断部102によってこの使用履歴が診断結果として読出される。
続いて、ステップS2において制御プラン提示部114は、診断結果に基づいて電池の寿命を改善するための寿命改善プラン(複数の制御プランや車両管理プランを含むもの)を作成する。
続いてステップS3においてプラン提示者がユーザ、ディーラの社員、メーカのいずれであるのかが判断される。これは、車両用電池診断システムごとに、予めユーザ用とかディーラ用とか個別にその機器に登録されていてもよいし、表示部110で問合せることによって判断してもよい。
ステップS3においてプラン提示者がユーザであると判断された場合には、ステップS4に処理が進みユーザ向け画面が表示される。
図5は、図4のステップS4で表示されるユーザ向け画面の表示例を示した図である。
図5を参照して、電池の使い方の診断結果として、「1ブレーキング」、「2走行スタート」、「3車室内温度設定」、「4充電方法」、および「5長期の駐車」の5項目が表示されている。そして項目「1ブレーキング」に関して、ユーザの使い方が「あなたの使い方」として「やや急です」と表示される。これに対応してお勧めの使い方が「ゆっくり長め」、「かなりゆっくり」のいずれかが選択されて表示される。寿命を改善するためのお勧めの使い方を車両用電池診断システムが選択してどれか1つを表示する(例えば、図5のブレーキングなら「ゆっくり長め」、「かなりゆっくり」のどちらが寿命改善に最適かをシステムが判断して選択する。)。
同様に、項目「2走行スタート」に対して「あなたの使い方」が「やや急です」と表示され、お勧めの使い方として「ゆっくり長め」、「かなりゆっくり」のいずれかが選択可能に表示されている。また項目「3車室内温度設定」に対して「あなたの使い方」が「やや高いです」として表示され、お勧めの使い方として「少し低めに」、「かなり低めに」が選択可能に表示されている。項目「4充電方法」に対しては、「あなたの使い方」が「毎日満充電です」と表示され、お勧めの使い方として「1週間に一度満充電、毎日はSOC70%」、「1ヶ月に一度満充電、毎日はSOC70%」のいずれかが選択されて表示される。
項目「5長期の駐車」としてはあなたの使い方は「過去に6ヶ月以上パーキングあり」と表示され、お勧めの使い方は「長期駐車やや控えめ」、「長期駐車かなり控えめ」のいずれかが選択されて表示される。
なお、項目「6その他(追加登録項目)」は、項目1〜5以外にも項目を設けることができることを示し、たとえば、将来的に管理項目が増加したときに追加することが可能な領域が予め確保されていることを示している。
このように、ユーザ向け画面には、数値などはあまり表示されず、ユーザがわかりやすい表現が使用されている。
なお、ユーザの使い方については、車載ECUにおいて統計処理がなされており、診断結果として処理結果が送信され、その結果に基づいて表示が行なわれる。
再び図4を参照して、ステップS3においてプラン提示者がディーラ社員であると判断された場合には、ステップS3からステップS5に処理が進み、ディーラ向け画面が表示される。
図6は、図4のステップS5で表示されるディーラ向け画面の表示例を示した図である。
図6を参照して、項目「1ブレーキ条件」として、現状の使い方が「60km→0km 3秒、100km→0km 5秒」として数値で表示され、お勧めの使い方として「60→0 5秒、100→0 7秒可能」、「60→0 6秒、100→0 9秒」のいずれかが選択されて表示される。
項目「2走行スタート条件」として、速度0から60kmまで加速するのに4秒かかり、速度0から100kmまで加速するのに7秒かかることが示され、お勧めの使い方として「0→60 6秒、0→100 9秒」、「0→60 7秒、0→100 10秒」のいずれかが選択されて表示される。
項目「3電池パック温度条件」として、時速60kmで定常走行した場合には35℃であり、時速100kmで定常走行した場合には40℃であることが示されている。またお勧めの使い方として「60km 33℃、100km 38℃」、「60km 30℃、100km 35℃」のいずれかが選択されて表示される。
項目「4充電条件」としては、現状の使い方として「Daily SOC100%」と表示され、お勧めの使い方として「SOC100%1Week、Daily SOC70%」、「SOC100%1Month、Daily SOC70%」のいずれかが選択されて表示される。
項目「5パーキング条件」としては、現状の使い方として「1年以上 1回、6月〜1年 2回」と表示され、お勧めの使い方としては「1年以上 0回、6月〜1年 2回」、「1年以上 0回、6月〜1年 1回」いずれかが選択されて表示される。
ブレーキ条件や走行スタート条件は、電池から出力する電力の上限値(Wout)および電池に充電する電力の上限値(Win)が関連する。電池パック温度条件は、車室内のエアコンの温度設定によって、電池パックの温度がどのように影響を受けているかを示している。また充電条件は、通常の走行時のモータジェネレータMG1による充電や、帰宅時にプラグイン充電などによって満充電になる頻度がどれぐらいであるかが表示されている。またパーキング条件としては、長期の駐車(車両を起動しなかった期間)がどれぐらいの頻度であるかが示されている。いずれもユーザの電池の使用法に関連のある診断結果である。
なお、項目「6その他(追加登録項目)」は、項目1〜5以外にも項目を設けることができることを示し、たとえば、将来的に管理項目が増加したときに追加することが可能な領域が予め確保されていることを示している。
再び図4を参照して、ステップS3においてプラン提示者がメーカ社員であると判断された場合には、ステップS3からステップS6に処理が進み、メーカ向け画面が表示される。
図7は、図4のステップS6で表示されるメーカ向け画面の表示例を示した図である。
図5ではユーザ向け画面、図6ではディーラ向け画面を示したが、図7はメーカ向け画面の表示例である。なお、図5ユーザ向け画面・図6ディーラ向け画面の「お勧めの使い方」は、ユーザにお勧めの使い方をアドバイスするものであり、図7メーカ向け画面の「お勧めの設定」は寿命改善データベースを参照して制御パラメータの変更推奨値を表示するものである。
図7のメーカ向け画面では、回生・減速パラメータ、加速パラメータ、電池パック内温度パラメータ、充電パラメータ、パーキング条件の各項目が現状の設定およびお勧めの設定が数値で表示されている。
なお、項目「6その他(追加登録項目)」は、項目1〜5以外にも項目を設けることができることを示し、たとえば、将来的に管理項目が増加したときに追加することが可能な領域が予め確保されていることを示している。
再び図4を参照して、ステップS4,S5,S6のいずれかにおいてユーザ,ディーラ,メーカ向けのいずれかの画面においてプランの選択がなされた場合には、ステップS7からステップS8に処理が進む。ステップS8では、制御パラメータの変更や車両管理変更のメリットおよびデメリットが画面に表示され、ステップS9において本当に変更するか否かを確認する。
ステップS9で変更する旨の指示が与えられた場合には、ステップS10に処理が進み、車両の制御パラメータの変更が行なわれる。この変更は、図2の情報変更部112によって実行される。その後ステップS11に処理が進み制御が終了となる。
一方ステップS7においてプランの選択がなかった場合(たとえば「戻る」のメニューが選択されたなど)やステップS9で変更しない旨の指示が与えられた場合には、ステップS11においてフローチャートの処理が終了する。
図8は、制御パラメータの変更の一例として、電池の入出力可能な許容出力の制限値を変更するマップを示した図である。
図8に示すように、電池が新しい場合(新車納入時)は電池から出力可能な許容出力の上限値はマップWout1で示される。同様に充電可能な上限値はマップWin1で示される。ここで、上限値とはゼロからどれだけ離れるか(大きさ)をいい、実際は充電側は負の値である。
これに対し電池の劣化が進み、同様な上限値を適用していては寿命が短くなる場合には、電池の出力側の制限値はマップWout2,Wout3に変更される。また充電側(回生・減速パラメータ)は、マップWin2,Win3に変更される。
このように、出力制限マップを寿命改善のために厳しくすることにより、バッテリの余寿命がたとえば1.1倍〜1.2倍に改善する選択をすることができる。
最後に、本実施の形態の車両用電池診断システムについて図面を参照して総括する。図2、図3に示すように、本実施の形態の車両用電池診断システムは、充電可能な電池11を動力源として搭載した車両10の電池11の使用状態を診断する車両用電池診断システムであって、電池11に関する使用条件を含む診断情報を蓄積する情報蓄積部104と、診断情報に基づいて電池11の寿命を改善するための車両の複数の制御プランを提示する制御プラン提示部114と、複数のプランのうちユーザに選択された制御プランに対応するように、車両10の車載ECU12に保持されている車両の制御に関する制御情報を変更する情報変更部112とを含む。
好ましくは、図3に示すように、車両10は、車輪を駆動するモータジェネレータMG2を含む。モータジェネレータMG2は、車両10を制動させる際に回生電力を発生する。制御情報は、変更が可能であり、電池11に受入れ可能な電力の上限を定めた制御パラメータ(Win)を含む。
好ましくは、制御情報は、変更が可能であり、電池11から出力可能な電力の上限を定めた制御パラメータ(Wout)を含む。
好ましくは車両10は、電池11の電力を使用し、電池11の収容空間(車室内の座席の下など)の温度を調節する温度調節装置であるエアコン30を含む。制御情報は、変更が可能であり、温度調節装置の目標値を定めた制御パラメータを含む。
好ましくは、車両10は、エンジン24と、エンジン24から動力を受けて発電を行なう発電機であるモータジェネレータMG1と、発電器の発電電力で電池11を充電する制御を行なう車載ECU12とを含む。制御情報は変更が可能であり、電池の充電状態SOCの目標値を定めた制御パラメータ(満充電の上限SOCや、通常目標とするSOCなど)を含む。
好ましくは、車両10は、車両用電池診断システムに接続可能に構成され、車両10の制御に関する制御情報を変更可能な情報記憶部であるメモリ13を含む。このメモリ13は、車載ECU12に搭載される。
以上説明したように、本実施の形態の電池診断システムによれば、車両ユーザがわかりやすく寿命改善プランを表示することができ、またディーラ社員やメーカ技術者に対してより詳細な情報を表示することができる。したがって車両ユーザはディーラ社員などに対して相談をすることができ、またディーラ社員などからアドバイスを受けることがやりやすくなる。そしてユーザが納得した上で車両の制御パラメータを変更するようにできる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施の形態の車両用電池診断システムの概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態の車両用電池診断システム100の構成を示したブロック図である。 図2に示した車両10の構成を示す回路図である。 図2の車両用電池診断システム100において実行される制御を説明するためのフローチャートである。 図4のステップS4で表示されるユーザ向け画面の表示例を示した図である。 図4のステップS5で表示されるディーラ向け画面の表示例を示した図である。 図4のステップS6で表示されるメーカ向け画面の表示例を示した図である。 制御パラメータの変更の一例として、電池の入出力可能な許容出力の制限値を変更するマップを示した図である。
符号の説明
10 車両、11 電池、12 車載ECU、13 メモリ、14 正極端子、15 負極端子、16 モジュール、17 電源ケーブル、18 検査ケーブル、22 駆動輪、24 エンジン、25 動力分割機構、28 補機電源、29 インバータ、30 エアコン、42 電圧センサ、43 電流センサ、44 電池ECU、100 車両用電池診断システム、101 接続部、102 電池診断部、104 情報蓄積部、106 制御装置、108 操作入力部、110 表示部、112 情報変更部、114 制御プラン提示部、MG1,MG2 モータジェネレータ。

Claims (6)

  1. 充電可能な電池を動力源として搭載した車両の前記電池の使用状態を診断する車両用電池診断システムであって、
    前記電池に関する使用条件を含む診断情報を蓄積する情報蓄積部と、
    プラン提示者の種別を判断し、前記判断の結果と、前記診断情報に基づいて、前記電池の寿命を改善するための前記車両の複数の制御プランを提示する制御プラン提示部と、
    前記複数のプランのうち前記プラン提示者に選択された制御プランに対応するように、前記車両に保持されている前記車両の制御に関する制御情報を変更する情報変更部とを備える、車両用電池診断システム。
  2. 前記車両は、
    車輪を駆動する回転電機を含み、
    前記回転電機は、前記車両を制動させる際に回生電力を発生し、
    前記制御情報は、
    変更が可能であり、前記電池に受け入れ可能な電力の上限を定めた制御パラメータを含む、請求項1に記載の車両用電池診断システム。
  3. 前記車両は、
    車輪を駆動する回転電機を含み、
    前記制御情報は、
    変更が可能であり、前記電池から出力可能な電力の上限を定めた制御パラメータを含む、請求項1または2に記載の車両用電池診断システム。
  4. 前記車両は、
    前記電池の電力を使用し、前記電池の収容空間の温度を調節する温度調節装置を含み、
    前記制御情報は、
    変更が可能であり、前記温度調節装置の目標値を定めた制御パラメータを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用電池診断システム。
  5. 前記車両は、
    内燃機関と、
    前記内燃機関から動力を受けて発電を行なう発電機と、
    前記発電機の発電電力で前記電池を充電する制御をおこなう制御部とを含み、
    前記制御情報は、
    変更が可能であり、前記電池の充電状態の目標値を定めた制御パラメータを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両用電池診断システム。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の車両用電池診断システムに接続可能に構成され、前記車両の制御に関する制御情報を変更可能な情報記憶部を含む車両。
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