JP2016158463A - 車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】劣化に伴うヒューズの破断を抑制しつつ、かつヒューズの寿命を延ばす。
【解決手段】電池に対して直列に接続され、許容値を超える電流が流れた場合に溶断するヒューズを備えた車両において、ECUは、車両の累積走行距離Xに応じてヒューズの目標劣化度であるベースラインを設定し、ヒューズ温度履歴から推定されたヒューズ劣化度Yが累積走行距離Xに応じて設定されたベースラインを超えた場合に、電池の入出力電力(WIN/WOUT)を通常値P1から制限値P2に段階的に低下させる。ベースラインは、ヒューズの劣化が限界に達したことに対応するヒューズ切れラインY2よりも小さい値である。さらに、ベースラインは、走行距離Xが増加するほど大きくなる値に設定される。
【選択図】図8
【解決手段】電池に対して直列に接続され、許容値を超える電流が流れた場合に溶断するヒューズを備えた車両において、ECUは、車両の累積走行距離Xに応じてヒューズの目標劣化度であるベースラインを設定し、ヒューズ温度履歴から推定されたヒューズ劣化度Yが累積走行距離Xに応じて設定されたベースラインを超えた場合に、電池の入出力電力(WIN/WOUT)を通常値P1から制限値P2に段階的に低下させる。ベースラインは、ヒューズの劣化が限界に達したことに対応するヒューズ切れラインY2よりも小さい値である。さらに、ベースラインは、走行距離Xが増加するほど大きくなる値に設定される。
【選択図】図8
Description
本発明は、モータとの間で電力を入出力する電池に対して直列に接続されたヒューズを備えた車両に関する。
モータの動力を用いて走行可能な車両には、モータと電池とを結ぶ高電圧系回路を保護するために、電池に対して直列に接続され過電流によって溶断されるヒューズを備えたものが存在する。
特開2011−78184号公報(特許文献1)には、電池に対して直列に接続されたヒューズを備えた車両において、ヒューズの温度履歴からヒューズの劣化度を判定し、ヒューズの劣化度が所定値を超えるとヒューズを交換するよう警告する技術が開示されている。この技術によれば、劣化に伴うヒューズの破断が生じる前にヒューズの交換をユーザに促すことができる。
しかしながら、特許文献1に開示された技術においては、ユーザが急加速および急減速を頻繁に繰り返すなど電池を激しく使用した場合には、ヒューズの劣化度が早期に進行し、ヒューズの寿命が想定しているよりも短くなることが懸念される。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、劣化に伴うヒューズの破断を抑制しつつ、かつヒューズの寿命を延ばすことである。
この発明に係る車両は、モータの動力を用いて走行可能な車両であって、モータとの間で電力を入出力する電池と、電池に対して直列に接続され、許容値を超える電流が流れた場合に溶断するヒューズと、電池の入出力電力の大きさを上限電力未満に制限する制御装置とを備える。ヒューズは、ヒューズの温度がしきい温度を超えるたびに劣化が進行し、ヒューズの劣化が限界に達した場合に許容値未満の電流が流れた場合にも溶断する。制御装置は、ヒューズの温度がしきい温度を超えるたびに劣化が進行するようにヒューズの劣化度を算出し、ヒューズの劣化度が目標劣化度を超えた場合に上限電力を低下させる。目標劣化度は、ヒューズの劣化が限界に達したことに対応する限界劣化度よりも小さい値であって、かつ車両の走行距離が増加するほど大きくなる値である。
このような構成によれば、ヒューズの劣化度が限界劣化度よりも小さい値である目標劣化度を超えると、上限電力が低下され、ヒューズの更なる劣化が抑制される。そのため、ヒューズの劣化度が限界劣化度に達すること、すなわちヒューズが劣化によって許容値未満の電流が流れた場合にも溶断することが抑制される。さらに、目標劣化度は、車両の走行距離が増加するほど大きくなる値に設定される。そのため、走行距離が少ない場合には目標劣化度を限界劣化度に対して十分に小さい値にしてヒューズの劣化をより強く抑制することができる。これにより、走行距離が少ない状態でヒューズの劣化度が早期に限界劣化度に達することを抑制し、ヒューズの寿命を延ばすことができる。
好ましくは、ヒューズの温度は、電池の入出力電力の大きさが所定電力以下である場合にしきい温度未満となる。制御装置は、ヒューズの劣化度が目標劣化度未満である場合に上限電力を所定電力よりも大きい第1電力に設定し、ヒューズの劣化度が目標劣化度を超えた場合に上限電力を所定電力以下の第2電力に低下させる。
このような構成によれば、ヒューズの劣化度が目標劣化度を超えた場合に上限電力を第2電力に低下させることで、ヒューズの温度をしきい温度未満にしてヒューズの更なる劣化を抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、ヒューズの劣化度が目標劣化度を超えている差分に応じて、上限電力を第1電力から第2電力に段階的に低下させる。
このような構成によれば、上限電力を第1電力から第2電力に段階的に低下させるため、電池の出力(モータの出力)が急変することを抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、補機電池から制御装置への電力供給が遮断された後に電力供給が再開された場合、ヒューズの劣化度の単位走行距離当たりの増加量が目標劣化度の単位走行距離当たりの増加量を超えた場合に上限電力を低下させる傾き抑制制御を実行する。
このような構成によれば、補機電池から制御装置への電力供給が遮断された後に制御装置が別の車両に搭載された場合においても、ヒューズの劣化度を目標劣化度未満にしてヒューズの路上故障を適切に抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、電力供給が遮断される直前にヒューズの劣化度から目標劣化度を減じた差分を記憶して電力供給が遮断された後も保持する。制御装置は、電力供給が再開された場合、走行距離を0にリセットし、ヒューズの劣化度を差分に応じた値にリセットした状態から、傾き抑制制御を開始する。
このような構成によれば、電力供給が遮断される直前におけるヒューズの劣化度と目標劣化度との差分に応じた起点から、傾き抑制制御を開始することができる。そのため、電力供給が再開された後においてヒューズの路上故障をより適切に抑制することができる。
以下、本発明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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
<実施の形態1>
[車両の全体構成]
図1は、本実施の形態による車両1の全体構成図である。なお、図1に示す車両1は、エンジン50と、バッテリ10の電力で駆動するモータジェネレータ42との少なくとも一方の動力を用いて走行するハイブリッド車両である。本実施の形態を適用可能な車両は、ハイブリッド車両に限定されず、車両駆動力を発生するための電力を蓄える二次電池を搭載した車両全般に適用可能である。
[車両の全体構成]
図1は、本実施の形態による車両1の全体構成図である。なお、図1に示す車両1は、エンジン50と、バッテリ10の電力で駆動するモータジェネレータ42との少なくとも一方の動力を用いて走行するハイブリッド車両である。本実施の形態を適用可能な車両は、ハイブリッド車両に限定されず、車両駆動力を発生するための電力を蓄える二次電池を搭載した車両全般に適用可能である。
車両1は、バッテリ10と、監視ユニット11と、ヒューズ20と、システムメインリレーSMRと、PCU(Power Control Unit)30と、モータジェネレータ(MG)41,42と、エンジン50と、動力分割機構60と、駆動軸70と、車輪80と、ECU(Electronic Control Unit)100とを備える。
バッテリ10は、MG41,42を駆動するための電力を蓄える二次電池である。バッテリ10は、複数の電池セルが直列に接続されて構成される。
エンジン50は、燃料の燃焼エネルギによって運動エネルギを出力する。エンジン50の出力は、動力分割機構60によってMG41と駆動軸70とに分割されて伝達される。MG41は、駆動軸70に接続される。駆動軸70は、エンジン50および/またはMG42の出力によって回転される。
MG41,42は、発電機としても電動機としても機能し得る。MG41が、主として発電機として動作し、MG42が、主として電動機として動作する。
MG41は、加速時等のエンジン始動要求時において、PCU30を介してバッテリ10からの電力供給を受けて電動機として駆動し、エンジン50をクランキングする。MG41は、エンジン50の始動後において、動力分割機構60を介して伝達されるエンジン出力を用いて発電可能である。
MG42は、バッテリ10に蓄えられた電力およびMG41の発電した電力の少なくとも一方によって駆動される。MG42は、車両1の回生制動時には、車輪80の回転力によって駆動されることによって発電する。MG42により発電された回生電力は、PCU30を介してバッテリ10に充電される。
PCU30は、バッテリ10およびMG41,42の間で双方向の電力変換を行なう。PCU30は、バッテリ10からの直流電力を交流電力に変換してMG41,42に印加するインバータを含む。このインバータは、MG41,42の回生発電電力を直流電力に変換してバッテリ10に充電することもできる。
システムメインリレーSMRは、バッテリ10とPCU30との間に設けられる。システムメインリレーSMRは、バッテリ10の正極とPCU30とを結ぶ正極線上に設けられる正極側リレーと、バッテリ10の負極とPCU30とを結ぶ負極線上に設けられる負極側リレーとを含む。システムメインリレーSMR(正極側リレーおよび負極側リレー)は、ECU100からの制御信号に応じて閉状態(オン状態)と開状態(オフ状態)との間で切り替えられる。システムメインリレーSMRがオフ状態である場合、バッテリ10がPUC30およびMG41,42から切り離される。
監視ユニット11は、バッテリ10の温度Tb、電圧Vb、電流Ibを検出し、検出結果をECU100に送信する。
ECU100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリ(揮発性メモリおよび不揮発性メモリ)を内蔵し、各センサの検出結果やメモリに記憶された情報などに基づいて、所定の演算処理を実行する。
ECU100は、バッテリ10の電流Ibおよび電圧Vbの少なくとも一方に基づいて、バッテリ10のSOC(State Of Charge)を算出する。なお、SOCの算出方法としては、電圧VbとSOCとの関係を用いて算出する方法や、電流Ibの積算値を用いて算出する方法等、種々の公知の手法を用いることができる。
ECU100は、ヒューズ劣化度Yなどをパラメータとして、バッテリ10の入力可能電力WINおよび出力可能電力WOUT(単位はいずれもワット)を設定する。ECU100は、バッテリ10に入力される電力の大きさが入力可能電力WINを超えないように、かつバッテリ10が出力する電力の大きさが出力可能電力WOUTを超えないように、MG41,42を制御する。
ヒューズ20は、バッテリ10の正極とシステムメインリレーSMR(正極側リレー)との間に配置され、バッテリ10に直列に接続される。なお、ヒューズ20の位置は、バッテリ10に直列に接続される位置であればよく、図1に示す位置(バッテリ10の正極とシステムメインリレーSMRとの間)に限定されない。
ヒューズ20は、許容値未満の電流が流れる時は導体として機能する。ヒューズ20は、許容値を超える大電流が流れる時にはジュール熱によって溶断される。ヒューズ20の溶断(以下「ヒューズ切れ」ともいう)により、バッテリ10、PUC30およびMG41,42を含む高電圧系の電気回路が開かれ、高電圧系の電気回路が保護される。
[ヒューズの構成および特性]
図2は、ヒューズ20の構成を模式的に示す図である。ヒューズ20は、バッテリ10に接続される端子21と、システムメインリレーSMRに接続される端子22と、端子21,22間を結ぶ純銅(Cu)製のエレメント23とを含む。
図2は、ヒューズ20の構成を模式的に示す図である。ヒューズ20は、バッテリ10に接続される端子21と、システムメインリレーSMRに接続される端子22と、端子21,22間を結ぶ純銅(Cu)製のエレメント23とを含む。
エレメント23は、断面積が他の部分よりも小さい第1溶断部23Aと、表面にスズ(Sn)が塗布された第2溶断部23Bとを含む。許容値以上の大電流が流れる異常時には、エレメント23における第1溶断部23Aおよび第2溶断部23Bの少なくとも一方が溶断する。
図3は、ヒューズ20の溶断特性を模式的に示す図である。本実施の形態において、溶断特性とは、ヒューズ20を流れる電流と、その電流を継続して流し続けた場合にヒューズ20が溶断するまでの時間との対応関係をいう。図3において、第1溶断部23Aの溶断特性が一点鎖線で示され、第2溶断部23Bの溶断特性が二点鎖線で示され、ヒューズ20の全体の溶断特性が実線で示される。
第1溶断部23Aは、断面積が他の部分よりも小さいため、ヒューズ20内部で電気抵抗値が最も高く、発生するジュール熱量が最も大きい。図3の一点鎖線に示すように、第1溶断部23Aは、電流i2(たとえば150A)以上の大電流が流れた場合に、ジュール熱によって純銅の融点(1085℃程度)付近に達して溶断する。第1溶断部23Aが溶断するまでにはある程度の時間を要するが、その時間は電流が大きいほど短くなる。
一方、第2溶断部23Bは、電流i2よりも小さい電流i1(たとえば125A)以上の電流が流れることによって溶断する。具体的には、第2溶断部23Bに電流i1以上の電流が流れて第2溶断部23Bがしきい温度T1(たとえば150℃程度)以上に過熱されると、表面に塗布されたスズが銅に不可逆的に固溶し始める。第2溶断部23Bにおけるスズと銅との合金化(固溶化)は、第2溶断部23Bがしきい温度T1以上に過熱されるたびに不可逆的に進行する。
第2溶断部23Bの断面全体がスズと銅との固溶体(スズと銅とが固体状態で均一に混じり合っている合金)になると、第2溶断部23Bの電気抵抗値が大幅に上昇して発熱量が増加するとともに、第2溶断部23Bの融点が純銅の融点(1085℃程度)からスズと銅との固溶体の融点(400〜800℃程度)に低下する。この影響により、第2溶断部23Bは、図3の二点鎖線に示すように、電流i3未満の領域において第1溶断部23Aよりも早く溶断する。すなわち、第2溶断部23Bを設けることによって、第1溶断部23Aのみを設ける場合に比べて、より小さい電流で早期にヒューズ20を溶断させることができる。
このように、本実施の形態によるヒューズ20は、電流i3よりも小さい領域においては第1溶断部23Aよりも先に第2溶断部23Bが溶断し、電流i3よりも大きい領域においては第2溶断部23Bよりも先に第1溶断部23Aが溶断する。したがって、電流i3よりも小さい領域においては第2溶断部23Bの溶断特性を調整する(スズの塗布面積や塗布量などを調整する)ことによって、電流i3よりも大きい領域においては第1溶断部23Aの溶断特性を調整する(銅の断面積を調整する)ことによって、ヒューズ20の全体の溶断特性を開発者が狙った特性にすることが可能である。
[ヒューズ劣化抑制制御の概要]
上述のように、ヒューズ20の第2溶断部23Bにおけるスズと銅との固溶化は、第2溶断部23Bがしきい温度T1以上に過熱されるたびに不可逆的に進行する。スズと銅との固溶化が進行すると、第2溶断部23Bが溶断しないまま電気抵抗の上昇および融点の低下が進行する。そのため、通常走行中(本来であればヒューズ切れが生じない電流i1未満の電流がヒューズ20に流れている最中)にヒューズ切れが生じる路上故障を誘発するおそれがある。以下、ヒューズ20の第2溶断部23Bにおけるスズと銅とが固溶化することを「ヒューズ劣化」と称する。
上述のように、ヒューズ20の第2溶断部23Bにおけるスズと銅との固溶化は、第2溶断部23Bがしきい温度T1以上に過熱されるたびに不可逆的に進行する。スズと銅との固溶化が進行すると、第2溶断部23Bが溶断しないまま電気抵抗の上昇および融点の低下が進行する。そのため、通常走行中(本来であればヒューズ切れが生じない電流i1未満の電流がヒューズ20に流れている最中)にヒューズ切れが生じる路上故障を誘発するおそれがある。以下、ヒューズ20の第2溶断部23Bにおけるスズと銅とが固溶化することを「ヒューズ劣化」と称する。
図4は、ヒューズ劣化の進行過程を模式的に示す図である。ヒューズ20に電流i1以上の電流が流れることによって第2溶断部23Bの温度がしきい温度T1以上に上昇すると、スズと銅との界面でスズが銅に進入し、一部が固溶体となる。このような現象が第2溶断部23Bの温度がしきい温度T1を超えるたびに発生し、第2溶断部23Bの断面のうち固溶体部分が占める割合が徐々に増加していく。第2溶断部23Bの断面全体が固溶体となると、電気抵抗の増加および融点の低下により、通常使用時においても溶断し得る状態となる。
上記のような問題に鑑み、本実施の形態によるECU100は、ヒューズ劣化の進行を抑制するための制御(以下「ヒューズ劣化抑制制御」という)を行なう。具体的には、ECU100は、ヒューズ温度を推定し、推定されたヒューズ温度の履歴に基づいて過去から現在までに蓄積されたヒューズ劣化の進行度合いを示す指標(以下「ヒューズ劣化度Y」ともいう)を算出し、算出されたヒューズ劣化度Yが限界値を超える前にバッテリ10の入力可能電力WINおよび出力可能電力WOUTを低下させることによってヒューズ劣化の更なる進行を抑制する。
なお、ヒューズ温度の推定は、ヒューズ20を流れる電流、その電流がヒューズ20に流れている時間などのパラメータとヒューズ温度との関係を示す算出式を予め実験等によって求めておき、その算出式に各パラメータを代入することによって行なわれる。ヒューズ20を流れる電流は、監視ユニット11からのバッテリ10の電流Ibの値を用いることができる。ヒューズ温度の推定手法は公知の手法を用いることができる。また、ヒューズ温度を直接的に検出するセンサが設けられる場合には、ヒューズ温度を推定することなく、そのセンサの検出値を用いればよい。
図5は、ヒューズ劣化度Yの算出手法を説明するための図である。ヒューズ劣化(スズと銅との合金化)は、しきい温度T1以上の温度領域(劣化進行領域)で不可逆的に進行する。そのため、ECU100は、ヒューズ温度がしきい温度T1を超えた場合、ヒューズ温度と、ヒューズ温度がしきい温度T1を超えている状態が継続している時間(以下「劣化継続時間」という)とに基づいて、ヒューズ劣化度増加量を算出する。ヒューズ劣化度増加量の算出は、ヒューズ温度がしきい温度T1を超えるたびに行なわれる。なお、ヒューズ温度がしきい温度T1未満である場合にはヒューズ劣化は進行しないため、ヒューズ劣化度増加量は算出されない。
図6は、ヒューズ温度および劣化継続時間とヒューズ劣化度増加量との関係を模式的に示す図である。図6において、横軸は劣化継続時間であり、縦軸はヒューズ劣化度増加量であり、T1,T2,T3…(T1<T2<T3…)はヒューズ温度である。図6に示すように、ECU100は、劣化継続時間が長いほど、また、ヒューズ温度が高いほど、ヒューズ劣化度増加量を大きい値と推定する。
そして、ヒューズ劣化が不可逆的に蓄積されることに鑑み、ECU100は、過去から現在までに推定されたヒューズ劣化度増加量を積算した値を、現在のヒューズ劣化度Yと推定する。
ECU100は、ヒューズ故障確定ラインY1を予め記憶している。ヒューズ故障確定ラインは、ヒューズの劣化が限界に達したことに対応する「ヒューズ切れラインY2」よりも所定値だけ小さい値に設定されている。なお、ヒューズ切れラインY2は、予め実験等によって求めることができる。
一方、推定されたヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達した場合、ECU100は、ヒューズ劣化故障と判定し、WIN/WOUTを通常値P1(たとえば21kw程度)よりも小さい制限値P2(たとえば15kw程度)にそれぞれ低下させる。この際、ユーザにヒューズ20の交換を促すメッセージを音声あるいは映像で通知するようにしてもよい。
制限値P2は、ヒューズ温度がしきい温度T1を超えないようにバッテリ電流Ib(すなわちヒューズ20を流れる電流)を制限する値に設定されている。したがって、バッテリ10の入出力電力が制限値P2に制限されると、ヒューズ20の劣化は進行しない。すなわち、ヒューズ劣化度Yがヒューズ切れラインY2に達する前に、ヒューズ20の更なる劣化が抑制される。その結果、通常走行中にヒューズ切れが生じることが抑制される。
[ヒューズ劣化抑制制御によるWIN/WOUT設定]
上述のように、ヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達した場合にWIN/WOUTを制限値P2に低下することによって、通常走行中にヒューズ20が劣化によって突然溶断することが抑制される。
上述のように、ヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達した場合にWIN/WOUTを制限値P2に低下することによって、通常走行中にヒューズ20が劣化によって突然溶断することが抑制される。
しかしながら、仮にヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達するまでWIN/WOUTを通常値P1のまま維持すると、ユーザが急加速および急減速を頻繁に繰り返すなどバッテリ10を激しく使用した場合には、ヒューズ劣化が想定しているよりも早期に進行してしまうことが懸念される。
図7は、本実施の形態に対する比較例として、ヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達するまでWIN/WOUTを通常値P1に維持した場合のヒューズ劣化度Yの変化例を示す図である。図7においては、現在のヒューズ劣化の進行状態が、横軸を車両1の累積走行距離(以下、単に「走行距離」ともいう)X、縦軸をヒューズ劣化度Yとする直交座標系で表わされている。以降の図8、9、11、12、15−18についても同様である。
バッテリ10が通常の使われ方をした場合には、一点鎖線に示すように、ヒューズ劣化度Yは走行距離Xが車両1の保証目標距離X1(たとえば60万km)を超えてもヒューズ故障確定ラインには達しない。すなわち、ヒューズ劣化の進行速度は車両寿命に対して十分に遅い。
しかしながら、バッテリ10が想定以上のシビアなコンディションで使用された場合は、実線に示すように、ヒューズ劣化が急速に進行し、走行距離Xが保証目標距離X1に達する前にヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達してしまう。すなわち、ヒューズ20の寿命が想定しているよりも短くなってしまう。
そこで、本実施の形態によるECU100は、走行距離Xに応じてヒューズの目標劣化度を設定し、ヒューズ劣化度Yが走行距離Xに応じて設定された目標劣化度を超えないようにWIN/WOUTを設定する。これにより、劣化に伴うヒューズ切れを抑制しつつ、ヒューズ20の寿命を延ばすことができる。
図8は、本実施の形態によるECU100が行なうWIN/WOUT設定の手法を説明するための図である。図8に示すベースラインは、(0,0)と(X1,Y1−α)とを直線的に結ぶ線である。なお、「α」は、後述する調整領域の幅に相当する値であり、予め定められた値である。
ベースラインは、走行距離Xに対して許容されるヒューズ劣化度Yの上限目標となるラインである。ベースラインのデータは、予めECU100の不揮発性メモリに記憶されている。このベースラインが上述の目標劣化度に相当する。ECU100は、現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)がベースラインよりも下側の領域に含まれる場合、WIN/WOUTを制限せずに通常値P1に設定する。
一方、現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)がベースラインよりも上側の領域に含まれる場合、ECU100は、たとえヒューズ故障確定ラインY1までにまだ余裕があったとしても、WIN/WOUTを通常値P1よりも低下させる。
本実施の形態においては、現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)がベースラインを跨いで増加した場合、ドライバビリティを考慮して、WIN/WOUTを通常値P1から制限値P2に急激に低下させるのではなく、現在のヒューズ劣化度Yとベースラインとの差分に応じて段階的に低下させる。
図8に示す境界ラインは、(0,α)と(X1,Y1)とを直線的に結ぶ線である。現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)がベースラインと境界ラインとの間の調整領域に含まれる場合、ECU100は、現在のヒューズ劣化度Yとベースラインとの差分に応じてWIN/WOUTを通常値P1から制限値P2に段階的に制限する。
現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)が境界ラインを超えた場合には、ヒューズ劣化のさらなる進行は許容されず、WIN/WOUTは一律に制限値P2に低下される。なお、ヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1を超えた場合、走行距離Xに関わらず、WIN/WOUTは一律に制限値P2に設定される。
図9は、図8における原点(0,0)付近を拡大した図である。なお、図9には、通常値P1を21kw、制限値P2を15kwに設定し、調整領域において21kwから15kwに段階的に制限する例が示されている。後述の図10、図11も同様である。
本実施の形態においては、図9に示すように、調整領域は、通常値P1のまま維持されるP1維持領域と、通常値P1から制限値P2に段階的に制限していく段階制限領域とに区分される。
現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)がベースラインを超えている場合であっても、P1維持領域内に含まれている場合には、WIN/WOUTは制限されずそのまま通常値P1に維持される。バッテリ10の入出力電力を過度に制限することを避けるためである。
一方、現在のヒューズ劣化進行状態(X,Y)が段階制限領域に含まれる場合には、ヒューズ劣化度Yとベースラインとの差分が大きくなるにつれてWIN/WOUTの制限が段階的に強化される。
具体的には、図9に示すように、段階制限領域は、ベースラインと平行かつ互いに所定間隔を隔てて並ぶ複数の境界ラインL1〜L6によって複数の領域に区分される。なお、境界ラインL1〜L6のデータは、予めECU100の不揮発性メモリに記憶されている。境界ラインL1,L2間の領域ではWIN/WOUTは20kwに制限される。境界ラインL2,L3間の領域ではWIN/WOUTは19kwに制限される。境界ラインL3,L4間の領域ではWIN/WOUTは18kwに制限される。境界ラインL4,L5間の領域ではWIN/WOUTは17kwに制限される。境界ラインL5,L6間の領域ではWIN/WOUTが16kwに制限される。そして、境界ラインL6を超える領域では、WIN/WOUTは最も制限量が大きい制限値P2(15kw)に制限される。
なお、WIN/WOUTの制限強化と制限緩和とのハンチングを防止するために、境界ラインL1〜L6を制限を強化するためのラインと制限を緩和するためのラインとに別々に分けて設定し、両者の間にヒステリシスを設けるようにしてもよい。
図10は、ヒューズ劣化度YおよびWIN/WOUTの時間的な変化の一例を示す図である。時刻t1よりも前は、ヒューズ劣化度Yがベースライン未満であり、WIN/WOUTは通常値P1(21kw)に設定される。
時刻t1にてヒューズ劣化度Yがベースラインを超えても、境界ラインL1を超えるまでは、WIN/WOUTは通常値P1(21kw)に維持される。
ヒューズ劣化度Yの進行速度が速く、時刻t2,t3,t4にてヒューズ劣化度Yがそれぞれ境界ラインL1,L2,L3を超えると、WIN/WOUTの制限はそれぞれ20kw,19kw、18kwに段階的に強化される。
この制限によって、ヒューズ劣化度Yの進行速度が遅くなり、時刻t5,t6,t7にてヒューズ劣化度Yがそれぞれ境界ラインL3,L2,L1を下回ると、WIN/WOUTの制限はそれぞれ19kw,20kw、21kwに段階的に緩和される。
図11、12は、バッテリ10が激しい使われ方をした場合におけるヒューズ劣化進行状態(X,Y)の変化の一例を示す図である。
バッテリ10が想定以上のシビアなコンディションで使用された場合には、図11に示すように、車両1の走行開始当初からヒューズ劣化度Yが急激に増加する。しかしながら、ヒューズ劣化度Yが境界ラインL1を超えた時点からWIN/WOUTが通常値P1から段階的に制限され始め、ヒューズ劣化度Yが境界ラインL6に達した時点でWIN/WOUTが制限値P2(15kw)に制限される。
WIN/WOUTが制限値P2(15kw)に制限されると、ヒューズ温度はしきい温度T1を超えることはなくヒューズ劣化はもはや進行しないため、ヒューズ劣化度Yはほとんど増加しない。一方、境界ラインL6の値は、走行距離Xの増加に伴って増加する。そのため、ヒューズ劣化度Yは境界ラインL6を超えることないが、シビアコンディションが継続する場合にはヒューズ劣化度Yは境界ラインL6付近に張り付くような状態で推移することになる。
その結果、図12に示すように、ヒューズ劣化度Yは、走行距離Xが保証目標距離X1に達するまで境界ラインL6付近に張り付くような状態で推移し、走行距離Xが保証目標距離X1に達した時点でヒューズ故障確定ラインY1に達してヒューズ故障と判定される。すなわち、シビアコンディションが継続するような使用でも、少なくとも、走行距離Xが保証目標距離X1に達するまでは、ヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1未満に維持される。そのため、ヒューズ20の路上故障を抑制しつつ、かつ、走行距離Xが保証目標距離X1に達する前にヒューズ故障と判定されることを抑制する(すなわちヒューズ20の寿命を延ばす)ことができる。
図13は、ECU100がヒューズ劣化抑制制御を行なう際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU100は、ヒューズ温度を推定する。ヒューズ温度の推定手法については既に説明したとおりである。なお、上述したように、ヒューズ温度を直接的に検出するセンサが設けられる場合には、そのセンサの検出値を用いればよい。
S11にて、ECU100は、ヒューズ温度の履歴から、ヒューズ劣化度Yを算出(推定)する。ヒューズ劣化度Yの具体的な算出(推定)手法については、上述の図5、図6を用いて既に説明したとおりである。
S12にて、ECU100は、図示しないオドメータ(累積走行距離計)などから、車両1の累積走行距離Xを取得する。
S13にて、ECU100は、累積走行距離Xに対する段階制限領域(図9等に示す境界ラインL1〜L6間の領域)を算出する。
S14にて、ECU100は、ヒューズ劣化度Yが段階制限領域に含まれるか否かを判定する。ヒューズ劣化度Yが段階制限領域に含まれる場合(S14にてYES)、ECU100は、S20にて、WIN/WOUT制限処理を行なう(後述の図14参照)。
ヒューズ劣化度Yが段階制限領域に含まれていない場合(S14にてNO)、ECU100は、S15にて、WIN/WOUT制限処理を行なわず、WIN/WOUTを通常値P1に設定する。
図14は、図13のS20の処理(WIN/WOUT制限処理)の詳細な手順を示すフローチャートである。
S21にて、ECU100は、累積走行距離Xに対する各境界ライン(図9等に示す境界ラインL1〜L6)の値をそれぞれ算出する。
S22にて、ECU100は、ヒューズ劣化度Yが各境界ラインを跨いで増加したか否かを判定する。S23にて、ECU100は、ヒューズ劣化度Yが各境界ラインを跨いで低下したか否かを判定する。
ヒューズ劣化度Yが各境界ラインを跨いで増加した場合(S22にてYES)、ECU100は、S24にて、WIN/WOUTの制限を1段階強化する。ヒューズ劣化度Yが各境界ラインを跨いで低下した場合(S23にてYES)、ECU100は、S25にて、WIN/WOUTの制限を1段階緩和する。S22〜S25の具体的な処理内容については、図10等を用いて既に説明したとおりである。
以上のように、本実施の形態によるヒューズ劣化抑制制御は、走行距離Xに応じてヒューズ20の目標劣化度であるベースラインを設定し、ヒューズ劣化度Yが走行距離Xに応じて設定されたベースラインを超えた場合にWIN/WOUTを通常値P1から制限値P2に段階的に低下させる、という制御である。
ベースラインは、ヒューズ20の劣化が限界に達したことに対応するヒューズ切れラインY2よりも小さい値である。そのため、ヒューズ劣化度Yがヒューズ切れラインY2に達すること、すなわちヒューズ20が溶断することを抑制される。
さらに、ベースラインは、走行距離Xが増加するほど大きくなる値に設定される。そのため、走行距離Xが少ない場合にはベースラインをヒューズ切れラインY2に対して十分に小さい値にしてヒューズ20の劣化をより強く抑制することができる。そのため、走行距離Xが保証目標距離X1に達する前にヒューズ劣化度Yが早期にヒューズ切れラインY2に達することを抑制し、ヒューズ20の寿命を延ばすことができる。
なお、本実施の形態においては、ドライバビリティを考慮して、ベースラインの直上に調整領域を設け、調整領域においてWIN/WOUTを通常値P1から制限値P2に段階的に低下させることによって、ヒューズ劣化度Yがベースラインを超えることを一部許容していた。しかしながら、このような調整領域を設けず、ヒューズ劣化度Yがベースラインを超えた場合に即座にWIN/WOUTを制限値P2に低下させるようにしてもよい。
<実施の形態2>
上述の実施の形態1によるヒューズ劣化抑制制御を行なうためには、走行距離Xとヒューズ劣化度Yとを把握する必要がある。そのため、補機系に電力を供給する補機バッテリの交換などによって補機バッテリからECU100への電力供給の遮断(以下「補機クリア」ともいう)が行なわれ、その後に補機バッテリからECU100への電力供給が再開された場合に、走行距離Xとヒューズ劣化度Yとをどのように把握するのかが問題となる。
上述の実施の形態1によるヒューズ劣化抑制制御を行なうためには、走行距離Xとヒューズ劣化度Yとを把握する必要がある。そのため、補機系に電力を供給する補機バッテリの交換などによって補機バッテリからECU100への電力供給の遮断(以下「補機クリア」ともいう)が行なわれ、その後に補機バッテリからECU100への電力供給が再開された場合に、走行距離Xとヒューズ劣化度Yとをどのように把握するのかが問題となる。
たとえば、ECU100の内部の不揮発性メモリに補機クリア直前の走行距離Xとヒューズ劣化度Yとを記憶しておくと、補機クリア前の走行距離Xおよびヒューズ劣化度Yを補機クリア後も引き継いで(すなわち補機クリア前の走行距離Xおよびヒューズ劣化度Yを起点として)、ヒューズ劣化抑制制御を再開することが可能となる。しかしながら、このような手法を採用すると、補機クリア後においてECU100が補機クリア前とは別の車両に搭載された場合に、ヒューズ20の路上故障を誘発してしまうおそれがある。
図15は、本実施の形態に対する比較例として、補機クリア後にヒューズ20の路上故障を誘発してしまうケースを示す図である。図15には、補機クリア前に搭載されていた車両のヒューズ劣化進行状態(X3,Y3)を記憶していたECU100が、補機クリア後に、ヒューズ劣化進行状態(X4、Y4)である別の車両に搭載された場合が示されている。
この場合、補機クリア後において、ECU100が、補機クリア前のヒューズ劣化進行状態(X3,Y3)を起点としてヒューズ劣化抑制制御を再開すると、ECU100は、ヒューズ劣化進行状態(X3,D3)がベースラインに達する(X3a,Y3a)となるまでは、WIN/WOUTを通常値P1のまま維持する。そのため、ヒューズ劣化を許容することになる。
しかしながら、補機クリア後にヒューズ劣化抑制制御を再開し始めた時点の実際のヒューズ劣化進行状態は(X4、Y4)であるため、ヒューズ劣化を許容したことによって、実際のヒューズ劣化進行状態は(X4a、Y4a)となってヒューズ切れラインY2に達してしまい、ヒューズ20の路上故障が生じるおそれがある。
このような問題に鑑み、本実施の形態によるECU100は、補機クリア後においては、補機クリア前の走行距離Xおよびヒューズ劣化度Yの情報を補機クリア後に引き継ぐことなく、ヒューズ劣化度Yの傾き(単位走行距離あたりのヒューズ劣化度Yの増加量)をベースラインの傾き未満に抑制する。以下、このような制御を「傾き抑制制御」という。
図16は、上述の傾き抑制制御を説明するための図である。図16に示すように、補機クリア後においては、ECU100は、ヒューズ劣化度Yの傾きがベースラインの傾きを超えることがないようにWIN/WOUTを制限する。すなわち、ECU100は、ヒューズ劣化度Yの傾きがベースラインの傾き未満である場合にはWIN/WOUTを通常値P1に設定し、ヒューズ劣化度Yの傾きがベースラインの傾きを超えた場合にはWIN/WOUTを制限値P2に低下させる。
補機クリア後に搭載される車両の実際のヒューズ劣化度Yは、具体的な値が不明であったとしても、補機クリア前に実行されたヒューズ劣化抑制制御によって、基本的にはベースライン未満に維持されているはずである。そのため、補機クリア後に搭載される車両の実際のヒューズ劣化度Yがどのような状態であっても、上述の傾き抑制制御によって、ヒューズ劣化度Yがベースラインを超えることを抑制することができる。
ただし、上述の実施の形態1によるヒューズ劣化抑制制御においては、ヒューズ劣化度Yがベースラインを超えることを一部許容していた。そのため、補機クリア前においてヒューズ劣化度Yがベースラインを超えていた場合には、単に傾き抑制制御を実行しただけでは、ヒューズ劣化度Yが想定よりも早期にヒューズ故障判定ラインY1に達してしまうことが懸念される。
そこで、ECU100は、補機クリア直前にヒューズ劣化度Yからベースラインの値を減じた差分Dを不揮発性メモリに記憶しておく。そして、ECU100は、補機クリア後に、不揮発性メモリに記載された差分Dを読み出し、差分Dに応じた起点から傾き抑制制御を実行する。
なお、以下では、差分Dが正の値である場合(補機クリア直前のヒューズ劣化度Yがベースラインよりも大きかった場合)の差分Dを「前借差分D(+)」ともいい、差分Dが負の値である場合(補機クリア直前のヒューズ劣化度Yがベースラインよりも小さかった場合)の差分Dを「蓄積差分D(−)」ともいう。
図17は、不揮発性メモリに前借差分D(+)が記憶されていた場合における傾き抑制制御の起点を示す図である。図17に示すように、不揮発性メモリに前借差分D(+)が記憶されていた場合(すなわち補機クリア直前のヒューズ劣化度Yがベースラインよりも大きかった場合)、前借差分D(+)が補機クリア後に持ち越され、(0,D(+))を起点として傾き抑制制御が開始される。これにより、走行距離Xが保証目標距離X1に達するまでは、ヒューズ劣化度Yが境界ラインL6未満に維持されヒューズ故障確定ラインに達することが抑制される。
図18は、不揮発性メモリに蓄積差分D(−)が記憶されていた場合における傾き抑制制御の起点を示す図である。不揮発性メモリに蓄積差分D(−)が記憶されていた場合(すなわち補機クリア直前のヒューズ劣化度Yがベースラインよりも小さかった場合)、蓄積差分D(−)を予め定められた上限ガード値D(−)maxで上限カットした値が補機クリア後に持ち越される。すなわち、蓄積差分D(−)の大きさが上限ガード値D(−)maxよりも小さい場合には、(0,−D(−))を起点として傾き抑制制御が開始される。蓄積差分D(−)の大きさが上限ガード値D(−)maxよりも大きい場合には、(0,−D(−)max)を起点として傾き抑制制御が開始される。図18には、(0,−D(−)max)を起点として傾き抑制制御が開始される例が示されている。蓄積差分D(−)を上限カットするのは、ヒューズ劣化を許容し過ぎることによる路上故障のリスクを低減するためである。
図19は、ECU100が傾き抑制制御の起点(ヒューズ劣化度Yの初期値)を設定する際に行なう処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、補機クリア後に補機バッテリからECU100への電力供給が再開された時に実行される。なお、傾き抑制制御の開始時における走行距離Xの初期値は0である。
S31にて、ECU100は、不揮発性メモリに記憶されている差分Dを読み出す。S32にて、ECU100は、読み出した差分Dが前借差分D(+)であるか否かを判定する。
読み出した差分Dが前借差分D(+)である(S32にてYES)、ECU100は、S32にて、ヒューズ劣化度Yの初期値を「D(+)」に設定する。これにより、ヒューズ劣化状態(0,D(+))を起点として上述の傾き抑制制御が開始される。
読み出した差分Dが前借差分D(+)でない場合(S32にてNO)、すなわち読み出した差分Dが蓄積差分D(−)である場合、ECU100は、S34にて、読み出した蓄積差分D(−)が上限ガード値D(−)maxを超えているか否かを判定する。
蓄積差分D(−)が上限ガード値D(−)max未満である場合(S34にてNO)、ECU100は、S35にて、ヒューズ劣化度Yの初期値を「−D(−)」に設定する。これにより、ヒューズ劣化状態(0,−D(−))を起点として上述の傾き抑制制御が開始される。
蓄積差分D(−)が上限ガード値D(−)maxを超えている場合(S34にてYES)、ECU100は、S36にて、ヒューズ劣化度Yの初期値を「−D(−)max」に設定する。これにより、ヒューズ劣化状態(0,−D(−)max)を起点として上述の傾き抑制制御が開始される。
以上のように、本実施の形態によるECU100は、補機クリア直前にヒューズ劣化度Yからベースラインの値を減じた差分Dを不揮発性メモリに記憶しておく。そして、ECU100は、補機クリア後に、不揮発性メモリに記載された差分Dを読み出し、差分Dに応じた起点から傾き抑制制御を実行する。そのため、補機クリア後においてECU100が補機クリア前に搭載されていた車両とは別の車両に搭載された場合においても、ヒューズの路上故障を適切に抑制することができる。
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。
1 車両、10 バッテリ、11 監視ユニット、20 ヒューズ、21,22 端子、23 エレメント、23A 第1溶断部、23B 第2溶断部、30 PCU、41,42 モータジェネレータ、50 エンジン、60 動力分割機構、70 駆動軸、80 車輪、100 ECU、SMR システムメインリレー。
しかしながら、バッテリ10が想定以上のシビアなコンディションで使用された場合は、二点鎖線に示すように、ヒューズ劣化が急速に進行し、走行距離Xが保証目標距離X1に達する前にヒューズ劣化度Yがヒューズ故障確定ラインY1に達してしまう。すなわち、ヒューズ20の寿命が想定しているよりも短くなってしまう。
この場合、補機クリア後において、ECU100が、補機クリア前のヒューズ劣化進行状態(X3,Y3)を起点としてヒューズ劣化抑制制御を再開すると、ECU100は、ヒューズ劣化進行状態(X3,Y3)がベースラインに達する(X3a,Y3a)となるまでは、WIN/WOUTを通常値P1のまま維持する。そのため、ヒューズ劣化を許容することになる。
ただし、上述の実施の形態1によるヒューズ劣化抑制制御においては、ヒューズ劣化度Yがベースラインを超えることを一部許容していた。そのため、補機クリア前においてヒューズ劣化度Yがベースラインを超えていた場合には、単に傾き抑制制御を実行しただけでは、ヒューズ劣化度Yが想定よりも早期にヒューズ故障確定ラインY1に達してしまうことが懸念される。
そこで、ECU100は、補機クリア直前にヒューズ劣化度Yからベースラインの値を減じた差分Dを不揮発性メモリに記憶しておく。そして、ECU100は、補機クリア後に、不揮発性メモリに記憶された差分Dを読み出し、差分Dに応じた起点から傾き抑制制御を実行する。
読み出した差分Dが前借差分D(+)である場合(S32にてYES)、ECU100は、S32にて、ヒューズ劣化度Yの初期値を「D(+)」に設定する。これにより、ヒューズ劣化状態(0,D(+))を起点として上述の傾き抑制制御が開始される。
Claims (5)
- モータの動力を用いて走行可能な車両であって、
前記モータとの間で電力を入出力する電池と、
前記電池に対して直列に接続され、許容値を超える電流が流れた場合に溶断するヒューズと、
前記電池の入出力電力の大きさを上限電力未満に制限する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記ヒューズの温度がしきい温度を超えるたびに劣化が進行するように前記ヒューズの劣化度を算出し、前記ヒューズの劣化度が目標劣化度を超えた場合に前記上限電力を低下させ、
前記目標劣化度は、前記ヒューズの劣化が限界に達したことに対応する限界劣化度よりも小さい値であって、かつ前記車両の走行距離が増加するほど大きくなる値である、車両。 - 前記ヒューズの温度は、前記電池の入出力電力の大きさが所定電力以下である場合に前記しきい温度未満となり、
前記制御装置は、前記ヒューズの劣化度が前記目標劣化度未満である場合に前記上限電力を前記所定電力よりも大きい第1電力に設定し、前記ヒューズの劣化度が前記目標劣化度を超えた場合に前記上限電力を前記所定電力以下の第2電力に低下させる、請求項1に記載の車両。 - 前記制御装置は、前記ヒューズの劣化度が前記目標劣化度を超えている差分に応じて、前記上限電力を前記第1電力から前記第2電力に段階的に低下させる、請求項2に記載の車両。
- 前記制御装置は、補機電池から前記制御装置への電力供給が遮断された後に前記電力供給が再開された場合、前記ヒューズの劣化度の単位走行距離当たりの増加量が前記目標劣化度の単位走行距離当たりの増加量を超えた場合に前記上限電力を低下させる傾き抑制制御を実行する、請求項1〜3のいずれかに記載の車両。
- 前記制御装置は、前記電力供給が遮断される直前に前記ヒューズの劣化度から前記目標劣化度を減じた差分を記憶して前記電力供給が遮断された後も保持し、
前記制御装置は、前記電力供給が再開された場合、前記走行距離を0にリセットし、前記ヒューズの劣化度を前記差分に応じた値にリセットした状態から、前記傾き抑制制御を開始する、請求項4に記載の車両。
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