车辆用控制装置的制作方法

1.本发明涉及一种车辆用控制装置。


背景技术：

2.近年来，从减轻环境负荷的观点出发，在卡车等商用车领域中也在开发不具有内燃机而仅由电动机驱动的车辆。在这种车辆中，提出了搭载将多个电池组并联的电池模块，以增加电池容量来确保续航距离。
3.由多个电池组构成的电池模块由于劣化程度或自然放电率的差异等，有时在电池组之间会发生伴随充电量(soc：充电状态)的电压偏差。并且，当电池模块在电池组之间发生等于或大于规定值的电压偏差时，可能会出现不能将所有放电池组的接触器设为闭合状态的状况。
4.在搭载如上所述的电池模块的车辆中，可以考虑，当开始行驶时电池组之间的电压发生等于或大于规定值的偏差时，使用从电压最高的电池组开始，当使用中的电池组的电压值与其他电池组的电压值的差小于规定值时，将这些电池组的接触器均设为闭合状态。
5.【现有技术文献】
6.【专利文献】
7.【专利文献1】日本特开2018
‑
107922号公报


技术实现要素：

8.【发明所要解决的问题】
9.然而，由于在使用中的电池组的放电期间是无法控制各接触器的，因此，当在该放电期间各电池组的电压值的大小关系反转且其之间的电压差达到等于或大于规定值时，还是无法将接触器均设为闭合状态。即，由于错过了控制接触器闭合的时机，开始行驶时未使用的电池组此后仍无法使用。在这种情况下，车辆无法用尽所搭载的所有电池组的电力容量，可能会导致可续航距离受限。
10.本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种能够确保车辆的可续航距离的车辆用控制装置。
11.【用于解决问题的技术手段】
12.本发明所涉及的车辆用控制装置为一种对包括互相并联的多个电池组和由所述电池组供给电力的驱动用电机的车辆进行控制的车辆用控制装置，车辆用控制装置包括：电压信息获取部，其获取多个所述电池组的各自的电压值；电压值比较部，其在所述车辆的加速踏板从接通状态成为断开状态时，基于所述电压信息获取部获取的电压值，比较用于驱动所述车辆的使用中的电池组的电压值和未用于驱动所述车辆的所述电池组中电压值最高的待机中的电池组的电压值；选择部，其基于所述电压值比较部的比较，从多个所述电池组中选择允许执行放电以驱动所述车辆的驱动用电池组，其中，当所述使用中的电池组
和所述待机中的电池组之间的电压差小于规定值时，所述选择部选择所述使用中的电池组和所述待机中的电池组共同作为驱动用电池组。
13.另外，在本发明所涉及的车辆用控制装置中，当所述使用中的电池组和所述待机中的电池组之间的电压差等于或大于所述规定值，并且所述待机中的电池组的电压值比所述使用中的电池组的电压值高时，所述选择部也可以仅选择所述待机中的电池组作为驱动用电池组。
14.另外，在本发明所涉及的车辆用控制装置中，当所述使用中的电池组和所述待机中的电池组的电压差等于或大于所述规定值，并且所述使用中的电池组的电压值比所述待机中的电池组的电压值高时，所述选择部也可仅选择所述使用中的电池组继续作为驱动用电池组。
15.在车辆的加速踏板处于断开状态的时点，车辆用控制装置比较并联的多个电池组的电压值，当电压差等于或大于规定值时，选择电压值最高的电池组作为驱动用电池组。另外，当该电压差小于规定值时，车辆用控制装置通过选择各个电池组作为驱动用电池组并对各自的接触器进行闭合控制，从而同时使用各电池组而使车辆行驶。
16.由此，根据本发明所涉及的车辆用控制装置，能够降低在行驶开始时未被使用的电池组因在车辆的行驶过程中无法进行接触器闭合控制而以未使用的状态被闲置的可能性，因此能够确保车辆的可续航距离。
附图说明
17.图1是本发明所涉及的具有车辆用控制装置的车辆的系统结构图。
18.图2是本发明所涉及的车辆用控制装置执行的电池控制的流程图。
19.图3是示出本发明所涉及的车辆用控制装置的输入输出信号的一个示例的时序图。
具体实施方式
20.以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明不限于以下说明的内容，在不变更其要旨的范围内可以进行任意改变并实施。此外，在实施方式的说明中所使用的附图都示意性地示出了结构部件，为了加深理解进行了部分的强调、放大、缩小或省略等，也可能未能准确地示出结构部件的比例、形状等。
21.图1是本发明所涉及的包括车辆用控制装置的车辆1的系统结构图。车辆1是包括作为行驶驱动源的驱动用电机2的电动汽车的卡车(即，电动卡车)。另外，车辆1并不限于卡车类型，只要包括作为行驶驱动源的电机，也可以是一般的乘用汽车、公共汽车、以及其他的任何汽车类型。
22.而且，本实施方式所涉及的车辆1包括驱动用电机2、传动轴3、差动装置4、驱动轴5、驱动轮6、逆变器10、pdu11、电池模块20、高电压辅机类30、加速踏板40、制动踏板50、以及作为“车辆用控制装置”的vcu60。另外，车辆1除了上述结构以外，还适当地包括现有的电动卡车所包括的组件。
23.驱动用电机2例如是像永磁型同步电动机那样也可以作为发电机工作的电动机。驱动用电机2的输出轴经由传动轴3连接差动装置4，差动装置4经由驱动轴5连接左右驱动
轮6。而且，驱动用电机2经由逆变器10和pdu11连接至电池模块20和高电压辅机类30。另外，虽然未图示，但是驱动用电机2也可以不经由传动轴3，而经由减速器等的齿轮箱连接至差动装置4。
24.并且，从电池模块20经由pdu11输出的直流电力由逆变器10转换为交流电力并供给至驱动用电机2，驱动用电机2产生的驱动力传递至驱动轮6，从而使车辆1行驶。此外，例如车辆1在减速时或在下坡路行驶时(再生行驶时)，通过来自驱动轮6侧的逆驱动，驱动用电机2也可以起到发电机的功能(再生驱动)。在这种情况下，驱动用电机2产生的负侧的驱动力作为制动力传递至驱动轮6侧，同时驱动用电机2所发电的交流电力由逆变器10转换为直流电力，经由pdu11给电池模块20充电。
25.其中，pdu11是与搭载在车辆1上的各种电气设备连接的配电单元(power distribution unit)，将由电池模块20供给的高电压的电力分配给驱动用电机2或高电压辅机类30。另外，pdu11也可以经由dc
‑
dc转换器连接低电压电池(低电压电池和dc
‑
dc转换器均未图示)，由此也可以对例如下文所述的vcu60等以低电压驱动的装置进行适当的电力供给。
26.电池模块20包括作为互相并联的“多个电池组”的第一电池组21和第二电池组22、以及介于上述各电池组和pdu11之间的第一接触器c1和第二接触器c2。第一电池组21和第二电池组22是作为主要用于使车辆1行驶的能量源而供给电力的二次电池，例如锂离子电池。
27.其中，电池模块20所包括的电池组的数量只要是多个就不限制个数，也可以根据车辆1所需的电力容量等而适当地变更。另外，通过对第一接触器c1和第二接触器c2进行断开闭合控制，第一接触器c1和第二接触器c2能够控制分别来自第一电池组21和第二电池组22的对pdu11的电力供给及切断。
28.高电压辅机类30例如是空调或动力转向装置等电气设备，经由pdu11被供给高压电力而工作。
29.加速踏板40和制动踏板50设置于车辆1的驾驶座中、分别用于驾驶员进行加速操作和减速操作的操作机构，其操作信息输出至vcu60。
30.vcu60是车辆控制单元，包括输入输出装置、用于存储控制程序或控制映射等的存储装置(rom、ram等)、中央处理装置(cpu)、计时器等(均未图示)，其是通过进行对搭载于车辆1中的各种组件的状态监测和控制来统一控制整个车辆1。特别地，本实施方式所涉及的vcu60如下文详细说明地那样，包括电压信息获取部61、电压值比较部62以及选择部63。
31.电压信息获取部61获取电池模块20所包括的所有电池组(即本实施方式中第一电池组21和第二电池组22)各自的电压值。
32.电压值比较部62通过比较电压信息获取部61所获取的各电池组的电压值，除了判定电压值的大小关系之外，还判定两电池组的电压差是否小于规定值v
p
。然后，当两电池组的电压差小于规定值v
p
时，电压值比较部62在推断电池组的电压基本相同的情况下，判定为能够闭合两者的接触器。
33.其中，规定值v
p
是作为即使在第一电池组21和第二电池组22并联的情况下也能够充分确保安全性的电压差而预设的阈值。
34.另外，在任意一个接触器断开的状态下，将用于驱动车辆1的电池组设为使用中的
电池组，将不用于驱动车辆1的电池组中电压值最高的电池组设为待机中的电池组的情况下，电压值比较部62在车辆1的加速踏板40从接通状态成为断开状态的时点比较两电池组的电压值。
35.选择部63基于电压值比较部62的比较，从多个电池组中选择允许执行放电以驱动车辆1的驱动用电池组。即，当无法同时使所有电池组的接触器设为闭合状态时，如下文详细说明地那样，选择部63根据状况选择从哪个电池组输出驱动车辆1所需的电力。
36.另外，例如，基于例如驾驶员通过加速踏板40和制动踏板50的驾驶操作，vcu60能够在管理通过pdu11进行的组件间的电力交换的同时，经由逆变器10控制驱动用电机2的转速等由现有的车辆用控制装置进行的一般控制。
37.然而，在车辆1的点火开关(未图示)处于off的状态下，从针对高电压电池的安全上的观点出发，控制第一接触器c1和第二接触器c2处于闭合状态。
38.并且，当点火开关从off切换到on时，vcu60以电池模块20所包括的所有电池组之间的电压差为规定值v
p
为条件，进行控制以闭合所有接触器。由此，车辆1能够同时使用第一电池组21和第二电池组22的电力进行行驶。
39.另外，在第一电池组21和第二电池组22之间的电压差等于或大于规定值v
p
时，vcu60进行控制以闭合电压更高的电池组的接触器。由此，即使在无法使所有的接触器同时为闭合状态的情况下，车辆1也能够使用充电量(soc：充电量)较高的电池组来开始行驶。
40.但是，与闭合状态的接触器电隔离的电池组根据条件，可能会产生这样的状况：除非点火开关进行暂时设为off，然后设为on的控制，否则就不会被选择为驱动用电池组。例如，当行驶在由相对平缓的上坡路构成的高速道路时，驾驶员会在比较长的时间内将加速踏板40维持在接通状态。在这种情况下，有可能发生：使用中的电池组的充电量持续下降，并因此低于待机中的电池组的充电量。这种情况下，当电池组间的电压差等于或大于规定值v
p
时，车辆的行驶的过程中无法对待机中的电池组的接触器进行闭合控制，待机中的电池组以未使用的状态被闲置。因此，本发明所涉及的vcu60通过按照以下说明的过程选择驱动用电池组，降低发生未使用电池组的可能性。
41.图2是本发明所涉及的车辆用控制装置执行的电池控制的流程图。更详细地，图2是用于在点火开关处于on的状态下闭合所有的电池组的接触器而执行的控制过程。
42.vcu60以点火开关从off切换到on为条件，开始图2的控制过程。在此，vcu60能够在该控制过程开始的同时，基于各电池组的电压值，执行控制以如上所述闭合部分或者全部接触器，从而使车辆1行驶。
43.另外，vcu60把握车辆1的点火开关的状态(步骤s1)，以点火开关从on切换到off为条件，结束该控制过程(步骤s1处为yes)。
44.另一方面，当点火开关处于on状态时(步骤s1处为no)，vcu60判断所有的电池组即第一电池组21和第二电池组22是否均处于闭合状态(步骤s2)。
45.当在步骤s2中判定所有的电池组处于闭合状态时(步骤s2处为yes)，vcu60判定为不需要接触器的进一步的闭合控制，并再次返回步骤s1。在此，也不能否定由于例如长时间的停车等某些原因各电池组间的电压差产生的可能性，因此在点火开关处于on状态的期间内，通过重复步骤s1和步骤s2，继续监测各接触器的状态。
46.另一方面，当第一电池组21和第二电池组22的任意一个为断开状态(步骤s2处为
no)时，vcu60通过确认加速踏板40的状态是否处于断开状态(步骤s3)，从而判定允许控制接触器的时点。
47.即，当加速踏板40处于接通状态(步骤s3处为no)时，第一电池组21和第二电池组22的至少一者处于放电状态，因此vcu60判定为是不允许进行接触器控制的时点，再次返回步骤s1。
48.另一方面，当加速踏板40处于断开状态(步骤s3处为yes)时，在两电池组均停止放电的假设下vcu60确定允许进行接触器控制的时点，同时判断第一电池组21的电压值v1和第二电池组22的电压值v2之间的电压差是否小于规定值v
p
(步骤s4)。
49.在此，vcu60还可以另外检测从电池模块20流向pdu11的电流值，也可以在该电流值为0的时点判定为能够控制接触器。此时，vcu60除了监视例如驱动用电机2的电力消耗，还能够一并监测高电压辅机类30的电力消耗，因此允许更安全地控制接触器。
50.并且，当随着第一电池组21或者第二电池组22的电力消耗，电压值v1和电压值v2之间的电压差小于规定值v
p
(步骤s4处为yes)时，vcu60对第一接触器c1和第二接触器c2两者进行闭合控制(步骤s5)。由此，vcu60能够同时使用第一电池组21和第二电池组22的电力以使车辆1行驶，再次返回步骤s1。
51.与此相对，当电压值v1和电压值v2之间的电压差等于或大于规定值v
p
(步骤s4处为no)时，vcu60判断使用中的电池组的电压值和待机中的电池组的电压值之间的大小关系是否已反转(步骤s6)。
52.然后，当判定两电池组的电压值之间的大小关系已反转时，vcu60在对使用中的电池组的接触器进行断开控制之后，对待机中的电池组的接触器进行闭合控制，以更换车辆1的驱动所使用的驱动用电池组(步骤s7)，并再次返回到步骤s1。
53.另一方面，当两电池组的电压值之间的大小关系得以维持时，vcu60将使用中的电池组维持为驱动用电池组(步骤s6处为yes)，再次返回步骤s1。
54.换言之，在使用中的电池组和待机中的电池组之间的电压差小于规定值v
p
(步骤s4处为yes)时，vcu60的选择部63选择使用中的电池组和待机中的电池组两者作为驱动用电池组(步骤s5)。
55.另外，在使用中的电池组和待机中的电池组之间的电压差等于或大于规定值v
p
(步骤s4处为yes)，并且待机中的电池组的电压值比使用中的电池组的电压值高(步骤s6处为yes)时，vcu60的选择部63仅选择待机中的电池组作为驱动用电池组(步骤s7)。
56.并且，在使用中的电池组和待机中的电池组之间的电压差等于或大于规定值v
p
(步骤s4处为no)，并且使用中的电池组的电压值比待机中的电池组的电压值高(步骤s6处为no)时，vcu60的选择部63仅选择使用中的电池组继续作为驱动用电池组。
57.接着，对针对车辆1的行驶条件对第一接触器c1和第二接触器c2的控制进行说明。图3是示出本发明所涉及的车辆用控制装置的输入输出信号的一个示例的时序图。
58.更具体地，图3中，横轴表示时间的推移，示出在时点t0处车辆1的点火开关从off切换到on之后，加速踏板40的状态的变化、来自电池模块20的输出电流的电流值的变化、各电池组的电压值的变化以及各接触器的状态的变化。
59.这里，例示了在第一电池组21的电压值v1比第二电池组22的电压值v2高，且电压差大于或等于规定值v
p
的状态下，车辆1的点火开关切换成on时的情况。
60.在时点t0处，因为电压值v1大于电压值v2，vcu60选择第一电池组21作为驱动用电池组，执行控制仅闭合第一接触器c1。
61.然后，在时点t1处，车辆1的驾驶员将加速踏板切换成on状态，根据车辆1的加速度从电池模块20输出的电流的电流值上升，在消耗第一电池组21的电力的同时驱动车辆1行驶。
62.其中，在图3所示的例子中，在加速踏板为接通状态、时点t1到时点t2期间，虽然电压值v1和电压值v2之间的大小关系反转，但在该期间内不允许进行接触器控制。
63.因此，在加速踏板处于断开状态的时点t2，vcu60的电压值比较部62比较作为使用中的电池组的第一电池组21和作为待机中的电池组的第二电池组22的电压值。然后，当电压值v1小于电压值v2并且电压差大于或等于规定值v
p
时，vcu60的选择部63重新仅选择第二电池组22作为驱动用电池组。即，在时点t2处，vcu60的选择部63在执行控制断开第一接触器c1后，再执行控制以闭合第二接触器c2。
64.由此，车辆1能够在加速踏板再次成为接通状态的时点t3，一边消耗第二电池组22的电力一边行驶。
65.然后，在时点t4处加速踏板成为断开状态时，vcu60的电压值比较部62比较作为使用中的电池组的第二电池组2的电压值和作为待机中的电池组的第一电池组21的电压值。并且，当判定为电压值v1和电压值v2之间的电压差小于规定值v
p
时，vcu60的选择部63重新选择第一电池组21和第二电池组22两者作为驱动用电池组。
66.由此，当电池模块20所包括的所有的电池组的接触器设为闭合状态时，车辆1能够同时使用所有的电池组进行行驶。即，如从时点t5到时点t6的行驶期间所示，车辆1能够均等地消耗第一电池组21和第二电池组22的电力。
67.如上所述，在车辆1的加速踏板成为断开状态的时点，本发明所涉及的车辆用控制装置比较并联的多个电池组的电压值，当电压差等于或大于规定值v
p
时，车辆用控制装置选择电压值最高的电池组作为驱动用电池组。另外，在该电压差小于规定值v
p
时，本发明所涉及的车辆用控制装置选择各个电池组作为驱动用电池组并进行控制以闭合电池组的各接触器，从而同时使用各电池组而使车辆1行驶。由此，根据本发明所涉及的车辆用控制装置，能够降低在行驶开始时未使用的电池组因在车辆1的行驶过程中无法进行接触器的闭合控制而以未使用的状态被闲置的可能性，因此根据本发明所涉及的车辆用控制装置能够确保车辆1的可续航距离。
68.以上完成了对实施方式的说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。例如，在上述的实施方式中，例示了电池模块20所包括的电池组为2个的形式，但也可以搭载更多的电池组。即，即使存在多个未用于驱动车辆1的电池组时，vcu60的电压值比较部62也能够将其中电压值最高的电池组选择为待机中的电池组，并将其与使用中的电池组的电压值比较，并按照与上述的实施方式同样的过程进行控制。
69.附图标记
70.1 车辆
71.2 驱动用电机
72.3 传动轴
73.4 差动装置
74.5 驱动轴
75.6 驱动轮
76.10 逆变器
77.11 pdu
78.20 电池模块
79.21 第一电池组
80.22 第二电池组
81.c1 第一接触器
82.c2 第二接触器
83.30 高电压辅机类
84.40 加速踏板
85.50 制动踏板
86.60 vcu
87.61 电压信息获取部
88.62 电压值比较部
89.63 选择部