JP2024068507A - 車載システム - Google Patents

Abstract

【課題】駐車時にも電力が必要な車載負荷に対して電力を供給しながらリレーの故障診断を高精度に実施することができる車載システムを提供する。【解決手段】車両の駐車時に電力の供給が必要な車載負荷と、第１のリレーを介して車載負荷に電力供給可能に接続される補機電池と、第２のリレーを介して車載負荷に電力供給可能に接続される全固体電池と、第１のリレー及び第２のリレーの動作を制御する制御部と、を含む車載システムであって、補機電池の状態を示す物理量を検出する第１の検出部と、駐車時に車両が消費する暗電流を検出する第２の検出部と、制御部によって第２のリレーをクローズ状態にする制御が行われた後に第１のリレーをオープン状態にする制御が行われたときに、第１の検出部で検出された物理量に基づいて、第１のリレーがクローズ状態で固着しているか否かを判定する判定部と、を備える、車載システム。【選択図】図１

Description

本開示は、車両に搭載されるシステムに関する。

特許文献１に、電力供給用の電源（電池）と車両に搭載された負荷との間に挿入されるスイッチ（リレーなど）の故障を診断できる電源システムが開示されている。

国際公開第２０１６／１０３７２１号

一般に、リレーの故障診断は、安全性の観点から車両が駐車状態であるときに実施される。このリレーの故障診断は、対象とするリレーを開放させる（オープン状態にする）制御を行って実施されるが、車両に搭載された負荷の中には駐車中にも電力の供給が必要な負荷も存在する。このため、駐車中にも電力の供給が必要な負荷の電源となる電池に設けられたリレーについては、リレーを開放させる制御ができないため、リレーの故障診断を行うことができないという課題がある。

よって、駐車時にも電力が必要な車載負荷に対して電力を供給しながらリレーの故障診断を高精度に実施することができるシステムを検討する余地がある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、駐車時にも電力が必要な車載負荷に対して電力を供給しながら、リレーの故障診断を高精度に実施することができる、車載システム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、本開示技術の一態様は、車両の駐車時に電力の供給が必要な車載負荷と、第１のリレーを介して車載負荷に電力供給可能に接続される補機電池と、第２のリレーを介して車載負荷に電力供給可能に接続される全固体電池と、第１のリレー及び第２のリレーの動作を制御する制御部と、を含む車載システムであって、補機電池の状態を示す物理量を検出する第１の検出部と、駐車時に車両が消費する暗電流を検出する第２の検出部と、制御部によって第２のリレーをクローズ状態にする制御が行われた後に第１のリレーをオープン状態にする制御が行われたときに、第１の検出部で検出された物理量に基づいて、第１のリレーがクローズ状態で固着しているか否かを判定する判定部と、を備える、車載システムである。

上記本開示の車載システムによれば、高精度に測定した暗電流に基づいて、駐車時にも電力が必要な車載負荷に対して電力を供給しながらリレーの故障診断を高精度に実施することができる。

本開示の一実施形態に係る車載システムの概略構成図 電池制御部が実行するリレー故障診断等処理のフローチャート 電池制御部が実行するリレー故障診断等処理のフローチャート

本開示の車載システムは、高精度に測定した暗電流に基づいて、駐車時にも電力が必要な車載負荷に対してサブ電池から電力を供給しながらメイン電池に挿入されたリレーの故障診断を高精度に実施する。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る車載システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に例示した車載システム１は、外部充電器１０と、第１の車載負荷２１と、第２の車載負荷２２と、バッテリーパック２３と、を構成に含んでいる。第１の車載負荷２１、第２の車載負荷２２、及びバッテリーパック２３は、一例として、動力源として電動モーターを使用するハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの車両２０に備えられる。

外部充電器１０は、車両２０に接続される外部の充電器や充電設備などであり、車両２０に搭載されるバッテリーパック２３が内蔵する電池（後述する）の充電を目的としている。この外部充電器１０は、車両２０のユーザーなどによって着脱可能に構成されている。外部充電器１０から車両２０に供給される電力は、充電用としてバッテリーパック２３に提供されたり、また消費用として第１の車載負荷２１や第２の車載負荷２２に提供されたりする。

第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２は、車両２０に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる電子機器や電装部品などの装置である。この第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２は、バッテリーパック２３（又は外部充電器１０）から供給される電力で動作する。本実施形態においては、第１の車載負荷２１を、車両２０が走行しているときだけでなく、駐車しているときにも電力の供給を必要とする負荷として説明する。

バッテリーパック２３は、電源として、第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２に電力を供給するための構成である。このバッテリーパック２３は、補機電池３０と、第１のリレー３１と、第１の検出部３２と、全固体電池４０と、第２のリレー４１と、第２の検出部４２と、電池制御部５０と、を備えている。

補機電池３０は、鉛蓄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二次電池である。この補機電池３０は、外部充電器１０から供給される電力を充電可能に、また第１のリレー３１を介して第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２へ蓄えた電力を供給可能に、外部充電器１０、第１の車載負荷２１、及び第２の車載負荷２２に接続される。補機電池３０の各種状態は、第１の検出部３２によって検出される。

第１のリレー３１は、第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２と補機電池３０との間に挿入され、補機電池３０から第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２への電力の供給状態を制御するための構成である。この第１のリレー３１には、例えばノーマリオンタイプの励磁式メカニカルリレーを用いることができる。第１のリレー３１は、後述する第１のリレー制御部５１の制御に基づいて、その接続状態を、接点を電気的に接続させた導通状態（クローズ状態）又は接点を電気的に遮断させた開放状態（オープン状態）のいずれかに切り替えることができる。

第１の検出部３２は、第１のリレー３１と補機電池３０との間に設けられ、補機電池３０における各種状態を検出するための構成である。補機電池３０における各種状態は、電圧、電流、及び温度などの物理量である。この第１の検出部３２は、物理量を検出する、例えば電圧センサー、電流センサー、及び温度センサーなどを含んで構成される。第１の検出部３２によって検出された補機電池３０の状態を示す物理量は、電池制御部５０に出力される。

全固体電池４０は、充放電可能に構成された二次電池である。この全固体電池４０は、外部充電器１０から供給される電力を充電可能に、また第２のリレー４１を介して少なくとも第１の車載負荷２１へ蓄えた電力を供給可能に、外部充電器１０、第１の車載負荷２１、及び第２の車載負荷２２に接続される。本実施形態の全固体電池４０は、第１のリレー３１の故障診断を実施している間、第１の車載負荷２１に暗電流を供給できるだけの容量（例えば０．１ｍＡｈ）を有している。また、全固体電池４０の電圧（例えば３．８Ｖ）は、補機電池３０の電圧（例えば３．５Ｖ）と異ならせることが好ましい。

第２のリレー４１は、第１の車載負荷２１及び第２の車載負荷２２と全固体電池４０との間に挿入され、全固体電池４０から少なくとも第１の車載負荷２１への電力の供給状態を制御するための構成である。この第２のリレー４１には、例えばノーマリオフタイプの励磁式メカニカルリレーを用いることができる。第２のリレー４１は、後述する第２のリレー制御部５２の制御に基づいて、その接続状態を、接点を電気的に接続させた導通状態（クローズ状態）又は接点を電気的に遮断させた開放状態（オープン状態）のいずれかに切り替えることができる。

第２の検出部４２は、第２のリレー４１と少なくとも第１の車載負荷２１との間に設けられ、駐車時に車両２０が消費する暗電流を検出するための構成である。この駐車時に車両２０が消費する暗電流は、換言すると全固体電池４０から第１の車載負荷２１などに流出する電流である。第２の検出部４２には、第１の検出部３２が構成に含む電流センサーの測定精度よりも高精度な測定が可能な電流センサーが用いられる。例えば、第１の検出部３２の電流センサーが１００ｍＡ以上の測定精度である場合には、１００ｍＡ未満の測定精度を有する電流センサーを第２の検出部４２として用いることが望ましい。第２の検出部４２によって検出された駐車時に車両２０が消費する暗電流は、電池制御部５０に出力される。

電池制御部５０は、補機電池３０及び全固体電池４０の状態に基づいて第１のリレー３１及び第２のリレー４１の接続状態を制御して、第１の検出部３２の検出結果に基づく第１のリレー３１の故障診断や、第２の検出部４２の検出結果に基づく第１の車載負荷２１の異常判定などを実施するための構成である。この電池制御部５０は、第１のリレー制御部５１と、第２のリレー制御部５２と、電圧値取得部５３と、電流値取得部５４と、判定部５５と、を備えている。

第１のリレー制御部５１は、第１のリレー３１のクローズ状態／オープン状態を制御する。例えば、励磁式メカニカルリレーである第１のリレー３１に対して、第１のリレー制御部５１は、励磁電流をコイルに流すことによって第１のリレー３１の接点をクローズ状態にすることができる。この第１のリレー制御部５１は、電池制御部５０に入力される車両２０のイグニッションスイッチの状態を示すＩＧＳＷ信号に基づいて、第１のリレー３１のクローズ状態／オープン状態を制御する。なお、車両２０のイグニッションスイッチの状態は、専用線（ジカ線）を介してＩＧＳＷ信号を入力する以外にも、車載ネットワーク（図示せず）を用いたＣＡＮ通信によるコマンド入力によって判断してもよい。

第２のリレー制御部５２は、第２のリレー４１のクローズ状態／オープン状態を制御する。例えば、励磁式メカニカルリレーである第２のリレー４１に対して、第２のリレー制御部５２は、励磁電流をコイルに流すことによって第２のリレー４１の接点をクローズ状態にすることができる。この第２のリレー制御部５２は、電池制御部５０に入力される車両２０のイグニッションスイッチの状態を示すＩＧＳＷ信号などに基づいて、第２のリレー４１のクローズ状態／オープン状態を制御する。

電圧値取得部５３は、補機電池３０の出力電圧の値を取得する。具体的には、電圧値取得部５３は、第１の検出部３２によって検出された電圧値を、第１の検出部３２から取得する。

電流値取得部５４は、補機電池３０から流入／流出する電流の値を取得する。具体的には、電流値取得部５４は、第１の検出部３２によって検出された電流値を、第１の検出部３２から取得する。また、電流値取得部５４は、駐車時に車両２０が消費する暗電流の値を取得する。具体的には、電流値取得部５４は、第２の検出部４２によって検出された電流値を、第２の検出部４２から取得する。

判定部５５は、第１のリレー制御部５１による第１のリレー３１の制御状態、第２のリレー制御部５２による第２のリレー４１の制御状態、電圧値取得部５３が取得した補機電池３０の電圧値、及び電流値取得部５４が取得した補機電池３０の電流値に基づいて、第１のリレー３１における故障の有無を判定する。より具体的には、判定部５５は、第１のリレー３１がクローズ状態で固着しているか否かを判定する。また、判定部５５は、電流値取得部５４が取得した全固体電池４０から流出する電流値に基づいて、第１の車載負荷２１における異常の有無を判定する。より具体的には、判定部５５は、車両２０の駐車時に第１の車載負荷２１が異常と判断できる電流を消費していないか否かを判定する。これらの判定方法については、後述する。

上述した電池制御部５０は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスなどを含んだＥＣＵとして構成され得る。この電池制御部５０は、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、上述した第１のリレー制御部５１、第２のリレー制御部５２、電圧値取得部５３、電流値取得部５４、及び判定部５５の各機能の全部又は一部を実現する。

なお、本実施形態のバッテリーパック２３は、外部充電用の接続プラグを装備しない車両にも搭載可能である。よって、上述した外部充電器１０は、車載システム１に必須の構成でなくても構わない。

［制御］
次に、図２Ａ及び図２Ｂをさらに参照して、本実施形態に係る車載システム１のバッテリーパック２３によって行われる制御を説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、バッテリーパック２３の電池制御部５０が実行するリレー故障診断等処理の手順を示すフローチャートである。この図２Ａの処理と図２Ｂの処理とは、結合子Ｘで結ばれる。

図２Ａ及び図２Ｂに例示するリレー故障診断等処理は、第１のリレー３１の故障診断や第１の車載負荷２１の異常判定などを行うための処理である。このリレー故障診断等処理は、例えば、駐車されることなどによって車両２０のイグニッションスイッチがオフ状態を示すＩＧＳＷ信号（ＩＧＳＷ－ＯＦＦ）などが電池制御部５０に入力されると、開始される。なお、外部充電器１０は、車両２０に接続されていない状態である。

（ステップＳ２０１）
電流値取得部５４は、車両２０のイグニッションスイッチがオフ状態になった後に第１の車載負荷２１で消費される暗電流を、第１の検出部３２から取得する。この暗電流は、補機電池３０から流出するため（第２のリレー４１は、基本的にオープン状態である）、第１の検出部３２によって検出可能である。第１の検出部３２から暗電流が取得されると、ステップＳ２０２に処理が進む。

（ステップＳ２０２）
電流値取得部５４は、第１の検出部３２から取得した暗電流が、全固体電池４０から第１の車載負荷２１に供給可能な電流値まで低下したか否かを判断する。具体的には、電流値取得部５４は、第１の検出部３２から取得した暗電流が所定の閾値以下になったか否かを判断する。一例として、リレー故障診断の処理に１秒の時間が必要である場合、全固体電池４０の容量が０．１ｍＡｈであれば１秒間に３６０ｍＡの供給が可能であるため、所定の閾値として３００ｍＡを設定することができる。

第１の検出部３２から取得した暗電流が、全固体電池４０から第１の車載負荷２１に供給可能な電流値まで低下した場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進む。一方、第１の検出部３２から取得した暗電流が、全固体電池４０から第１の車載負荷２１に供給可能な電流値まで低下していない場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、ステップＳ２０１に戻って暗電流を再取得する処理を行う。

上記ステップＳ２０１及びＳ２０２の処理は、第１の車載負荷２１で消費される暗電流が所定の閾値以下になるまで繰り返し実施される。なお、処理を繰り返す間隔は、任意に設定することが可能である（例えば、３０秒に１回）。

（ステップＳ２０３）
第２のリレー制御部５２は、第２のリレー４１を、接点を導通させるクローズ状態となるように制御する。この制御により、補機電池３０だけでなく全固体電池４０からも第１の車載負荷２１に電力供給が可能な回路状態となる。第２のリレー４１がクローズ状態に制御されると、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０４）
第１のリレー制御部５１は、第１のリレー３１を、接点を開放させるオープン状態となるように制御する。この制御により、補機電池３０が第１の車載負荷２１から切り離されて、全固体電池４０のみから第１の車載負荷２１への電力供給が可能な回路状態となる。第１のリレー３１がオープン状態に制御されると、ステップＳ２０５に処理が進む。

（ステップＳ２０５）
電圧値取得部５３は、第１の検出部３２から取得した補機電池３０の電圧値に、所定の変化があるか否かを判断する。第１のリレー３１をオープン状態にする制御にもかかわらず、第１のリレー３１の接点が導通したままの場合には、全固体電池４０の規定電圧値（例えば３．８Ｖ）が第１のリレー３１を介して補機電池３０側に回り込み、補機電池３０の端子電圧の値として現れる。よって、補機電池３０の規定電圧値（例えば３．５Ｖ）からの変化を見ることによって、第１のリレー３１の故障診断が可能となる。この電圧値を用いた判断は、暗電流の電流量が第１の検出部３２の構成に含まれる電流センサーの検出限界よりも少ない場合など、検出精度が低くなる場合に効果的である。

補機電池３０の電圧値に所定の変化がある場合は（ステップＳ２０５、あり）、ステップＳ２０８に処理が進む。一方、補機電池３０の電圧値に所定の変化がない場合は（ステップＳ２０５、なし）、ステップＳ２０６に処理が進む。

（ステップＳ２０６）
電流値取得部５４は、第１の検出部３２から取得した補機電池３０の電流値が、０ｍＡであるか否かを判断する。第１のリレー３１をオープン状態にする制御にもかかわらず、第１のリレー３１の接点が導通したままの場合には、補機電池３０から第１の車載負荷２１へ向けて暗電流が流れる。よって、補機電池３０から流出する電流の有無を見ることによって、第１のリレー３１の故障診断が可能となる。この判断は、補機電池３０の規定電圧値と全固体電池４０の規定電圧値とが同じである場合など、検出精度が低くなる場合に効果的である。

補機電池３０の電流値が０ｍＡである場合は（ステップＳ２０６、はい）、ステップＳ２０７に処理が進む。一方、補機電池３０の電流値が０ｍＡではない場合は（ステップＳ２０６、いいえ）、ステップＳ２０８に処理が進む。

（ステップＳ２０７）
判定部５５は、第１のリレー制御部５１の制御に従って、第１のリレー３１が正常にオープン状態になっていると判定する。第１のリレー３１が正常と判定されると、ステップＳ２１０に処理が進む。

（ステップＳ２０８）
判定部５５は、第１のリレー制御部５１の制御に従って、第１のリレー３１が正常にオープン状態になっておらず、第１のリレー３１の接点が導通状態で固着した故障を生じていると判定する。第１のリレー３１が接点固着していると判定されると、ステップＳ２０９に処理が進む。

（ステップＳ２０９）
判定部５５は、第１のリレー３１が接点固着していることをダイアグ履歴として記憶部（図示せず）に記憶する。また、判定部５５は、第１のリレー３１が接点固着していることを、車両２０のユーザーなどに通知手段（図示せず）を介して通知する。この通知は、例えば、次に車両２０のイグニッションスイッチがオン（ＩＧＳＷ－ＯＮ）された後に実行される。第１のリレー３１の接点固着がダイアグ記憶及びユーザー通知されると、ステップＳ２１０に処理が進む。

（ステップＳ２１０）
電流値取得部５４は、第１の車載負荷２１で消費される暗電流を、第２の検出部４２から取得する。この暗電流は、第１のリレー３１がオープン状態であり全固体電池４０から流出するため、第２の検出部４２によって高精度に検出が可能である。第２の検出部４２から高精度な暗電流が取得されると、ステップＳ２１１に処理が進む。

（ステップＳ２１１）
判定部５５は、電流値取得部５４が第２の検出部４２から取得した高精度な暗電流に、所定の変化があるか否かを判定する。例えば、所定の変化の有無は、正常時の暗電流の値（２２ｍＡ程度）に基づく所定の閾値を、この取得した高精度な暗電流が超えるか否かで判定することができる。

電流値取得部５４が第２の検出部４２から取得した高精度な暗電流に所定の変化がある場合は（ステップＳ２１１、あり）、ステップＳ２１２に処理が進む。一方、電流値取得部５４が第２の検出部４２から取得した高精度な暗電流に所定の変化がない場合は（ステップＳ２１１、なし）、ステップＳ２１４に処理が進む。

（ステップＳ２１２）
判定部５５は、第２の検出部４２から取得した高精度な暗電流が通常時よりも多いため、第１の車載負荷２１に異常が生じていると判定する。この判定を行うことによって、第１の検出部３２の構成に含まれる電流センサーだけでは検出できなかった異常を、検出することが可能となる。また、暗電流の電流量が第１の検出部３２の構成に含まれる電流センサーの検出限界よりも少ない場合に、誤判定してしまうことを抑制することができる。第１の車載負荷２１が異常であると判定されると、ステップＳ２１３に処理が進む。

（ステップＳ２１３）
判定部５５は、第１の車載負荷２１に異常が生じていることをダイアグ履歴として記憶部（図示せず）に記憶する。また、判定部５５は、第１の車載負荷２１に異常が生じていることを、車両２０のユーザーなどに通知手段（図示せず）を介して通知する。この通知は、例えば、次に車両２０のイグニッションスイッチがオン（ＩＧＳＷ－ＯＮ）された後に実行される。第１の車載負荷２１の異常がダイアグ記憶及びユーザー通知されると、ステップＳ２１５に処理が進む。

（ステップＳ２１４）
電流値取得部５４は、第２の検出部４２から取得した高精度な暗電流に基づいて、全固体電池４０の状態を検知する。この高精度な暗電流に基づいて全固体電池４０の状態を検知することによって、全固体電池４０の容量に余裕を持たせて設計するなど、設計マージンを減少させた効率的な全固体電池４０の設定が可能となる。全固体電池４０の状態が検知されると、ステップＳ２１５に処理が進む。

（ステップＳ２１５）
第１のリレー制御部５１は、第１のリレー３１を、接点を導通させるクローズ状態となるように制御する。この制御により、補機電池３０から第１の車載負荷２１に電力供給がされる回路状態となる。第１のリレー３１がクローズ状態に制御されると、ステップＳ２１６に処理が進む。

（ステップＳ２１６）
第２のリレー制御部５２は、第２のリレー４１を、接点を開放させるオープン状態となるように制御する。この制御により、全固体電池４０が第１の車載負荷２１から切り離された元の回路状態となる。第２のリレー４１がオープン状態に制御されると、本リレー故障診断等処理が終了する。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係る車載システム１では、全固体電池４０から第２のリレー４１を介して第１の車載負荷２１に暗電流を供給している間に、補機電池３０に用いられた第１のリレー３１の故障診断処理を実施する。これにより、第１の車載負荷２１への暗電流供給を停止することなく、第１のリレー３１に故障が生じているか否かを診断することが可能となる。

また、本開示の一実施形態に係る車載システム１では、全固体電池４０から第２のリレー４１を介して第１の車載負荷２１に暗電流を供給している間に、その暗電流を低電流測定用の電流センサーを用いて高精度に測定する。これにより、第１の車載負荷２１に異常が生じているか否かを判定することが可能となる。

さらに、本開示の一実施形態に係る車載システム１では、低電流測定用の電流センサーを用いて高精度に測定した暗電流値に基づいて、全固体電池４０の状態も高精度で検知することが可能となる。

以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、車載システムだけでなく、プロセッサとメモリを備えた車載システムが実行する方法、その方法のプログラム、そのプログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記録媒体、あるいは車載システムを搭載した車両などとして捉えることが可能である。

本開示の車載システムは、暗電流を供給する電池に用いられたリレーの故障診断を実施したい場合に利用可能である。

１ 車載システム
１０ 外部充電器
２０ 車両
２１ 第１の車載負荷
２２ 第２の車載負荷
２３ バッテリーパック
３０ 補機電池
３１ 第１のリレー
３２ 第１の検出部
４０ 全固体電池
４１ 第２のリレー
４２ 第２の検出部
５０ 電池制御部
５１ 第１のリレー制御部
５２ 第２のリレー制御部
５３ 電圧値取得部
５４ 電流値取得部
５５ 判定部

Claims (3)

1. 車両の駐車時に電力の供給が必要な車載負荷と、
   第１のリレーを介して前記車載負荷に電力供給可能に接続される補機電池と、
   第２のリレーを介して前記車載負荷に電力供給可能に接続される全固体電池と、
   前記第１のリレー及び前記第２のリレーの動作を制御する制御部と、を含む車載システムであって、
   前記補機電池の状態を示す物理量を検出する第１の検出部と、
   駐車時に前記車両が消費する暗電流を検出する第２の検出部と、
   前記制御部によって前記第２のリレーをクローズ状態にする制御が行われた後に前記第１のリレーをオープン状態にする制御が行われたときに、前記第１の検出部で検出された前記物理量に基づいて、前記第１のリレーが前記クローズ状態で固着しているか否かを判定する判定部と、を備える、車載システム。
2. 前記判定部は、さらに、前記第２の検出部で検出された前記暗電流の増減に基づいて、前記車両の駐車時における前記車載負荷の異常の有無を判定する、請求項１に記載の車載システム。
3. 前記第２の検出部は、１００ｍＡ未満の電流を検出する電流センサーである、請求項１に記載の車載システム。