JP2015153656A - 電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電池内に水分が浸入したときでも、電池容量の推定精度が低下しない電池システムを提供する。【解決手段】電池容量推定部５２は、電池の使用履歴に関する情報に基づいて、電池容量を推定する。水分浸入量推定部５３は、電池内への水分浸入量を推定する。電池容量補正部５４は、推定された水分浸入量に基づいて、推定された電池容量を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池システムに関し、たとえば車両に搭載される電池システムに関する。
特許文献１（特開２００６−２５０９０５号公報）には、データベースに格納された電池情報に基づいて電池の劣化係数を算出し、電池の劣化係数に基づいて、電池が蓄電できる容量である電池容量を推定する技術が開示されている。
特開２００６−２５０９０５号公報 特開２０１０−１３３９１９号公報 特表２００３−５１０７９０号公報
しかしながら、電池内に大気中などから水分が浸入すると、浸入した水にリチウムイオンが反応し、リチウムイオンが消費されて電池容量が低下する。その結果、特許文献１（特開２００６−２５０９０５号公報）で算出された電池容量の推定値と実際の電池容量とが乖離し、推定精度が低下するという問題がある。
それゆえに、本発明の目的は、電池内に水分が浸入したときでも、電池容量の推定精度が低下しない電池システムを提供することである。
本発明の電池システムは、電池と、電池の使用履歴に関する情報に基づいて、電池容量を推定する電池容量推定部と、電池内への水分浸入量を推定する水分浸入量推定部と、推定された水分浸入量に基づいて、推定された電池容量を補正する電池容量補正部とを備える。
これによって、水分浸入量に応じた電池容量を求めることができるので、電池内に水分が浸入したときでも、電池容量の推定精度が低下しない。
好ましくは、水分浸入量推定部は、電池の温度履歴に基づいて、電池内への水分浸入量を推定する。
これによって、比較的容易に得られる電池の温度のデータを用いて、電池内への水分浸入量を推定できる。
好ましくは、水分浸入量推定部は、電池の使用履歴に関する情報に基づいて、電池が使用された各温度に対する、電池内に浸入する水分の浸入速度と電池の使用時間を求め、水分浸入量推定部は、水分の浸入速度と電池の使用時間との積を、電池が使用されたすべての温度について算出し、算出した積の総和を水分浸入量として推定する。
これによって、電池への水分浸入量を高精度に求めることができる。
好ましくは、電池容量補正部は、予め定められた水分浸入量と容量劣化量との関係に基づいて、水分浸入量推定部で推定された水分浸入量に対応する容量劣化量を求め、容量劣化量に基づいて電池容量推定部で推定された電池容量を補正する。
これによって、水分浸入量に応じた電池容量を高精度に求めることができる。
好ましくは、電池システムは、補正された電池容量が閾値以下の場合に、電池の入出力制限値を変更する制御部をさらに備える。
これにより、電池の劣化の進行を抑制することができる。
好ましくは、電池システムは、補正された電池容量が閾値以下の場合に、電池容量が少ない状態であることを表わす情報を通知する通知部をさらに備える。
これにより、運転者は、電池の寿命が急激に低下する前に、ディーラに入庫して適切なタイミングで電池の交換などを行なうことができる。
本発明によれば、電池内に水分が浸入したときでも、電池容量の推定精度が低下しないようにすることができる。
この発明の実施の形態１に従う電池システムが搭載された車両の構成を説明するブロック図である。 実施の形態１の動作手順を表わすフローチャートである。 電池情報記憶部に記憶されている電池の使用履歴に関する情報の例を表わす図である。 電池の温度ＴＢと、電池２００内に浸入する水分の浸入速度ＶＷとの関係を表わす図である。 電池の温度ＴＢと、電池２００内の各温度に対する使用時間ＳＴとの関係を表わす図である。 電池２００内に浸入する水分浸入量の時間変化を表わす図である。 水分浸入量ＩＷと容量劣化量Ｄとの関係を表わす図である。 実施の形態２の制御装置（ＥＣＵ）の構成を表わす図である。 実施の形態２の動作手順を表わすフローチャートである
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一
符号は同一または相当部分を示し、説明は繰返さない。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う電池システムが搭載された車両の構成を説明するブロック図である。
図１を参照して、ハイブリッド車両は、バッテリパックＢＰと、システムメインリレー
ＳＭＲと、充放電部１９と、エンジンＥＮＧと、制御装置１５とを備える。
充放電部１９は、電池２００の充放電を行なう。充放電部１９は、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＧとを含む。
バッテリパックＢＰは、電池２００と、電圧監視部ＤＶと、温度センサ１４２と、電流センサ１４３とを含む。電池２００は、直列に接続された複数の電池セルを含む。
電池２００は、直流電源であり、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の
二次電池を含む。電池２００は、直流電圧をＰＣＵ２０へ供給するとともに、ＰＣＵ２０
からの直流電圧によって充電される。
電圧監視部ＤＶは、電池２００の直流電圧ＶＢを検出する。温度センサ１４２は、電池２００の温度ＴＢを検出する。電流センサ１４３は、電池２００に流れる電流ＩＢを検出する。温度ＴＢと、電流ＩＢと、直流電圧ＶＢは制御装置（ＥＣＵ）１５に向けて出力される。
制御装置１５へは、運転状況・車両状況を示す各種センサからのセンサ出力１７が入力
される。センサ出力１７には、アクセルペダルに配置された位置センサによって検出され
るアクセル踏込み量に応じたアクセル開度や、車輪速度センサ出力等が含まれる。制御装置１５は、入力されたこれらのセンサ出力に基づき、ハイブリッド車両に関する種々の制
御を統括的に行なう。
エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とは動力分割機構ＰＧを介して
機械的に連結される。そして、ハイブリッド車両の走行状況に応じて、動力分割機構を介
して上記３者の間で駆動力の配分および結合が行なわれ、その結果として駆動輪が駆動さ
れる。
なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得
るが、モータジェネレータＭＧ１が、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２が、主として電動機として動作する。
詳細には、モータジェネレータＭＧ１は、加速時において、エンジンを始動する電動機
として用いられる。このとき、モータジェネレータＭＧ１は、電池２００からの電力の供
給を受けて電動機として駆動し、クランク軸を回転させエンジンを始動する。
さらに、エンジンの始動後において、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構ＰＧ
を介して伝達されたエンジンの駆動力によって回転されて発電する。
モータジェネレータＭＧ２は、電池２００に蓄えられた電力およびモータジェネレータ
ＭＧ１の発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、差動ギヤ等を介して駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによ
って車両を走行させたりする。
また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪の回転力により駆
動されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータＭＧ２により発電された
回生電力は、ＰＣＵ２０を介して電池２００に充電される。
ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の力行動作時には、制御装置１５か
らの制御指示に従って、電池２００からの直流電圧を昇圧するとともに、その昇圧した直
流電圧を交流電圧に変換して、動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータＭＧ１，
ＭＧ２を駆動制御する。
また、ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生制動時には、制御装置
１５からの制御指示に従って、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電した交流電圧を
直流電圧に変換して電池２００を充電する。
このように、ハイブリッド車両では、電池２００と、ＰＣＵ２０と、制御装置１５のう
ちのＰＣＵ２０を制御する部分とによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制
御する電源装置が構成される。
ＰＣＵ２０は、コンバータ１１０と、平滑コンデンサ１２０と、モータジェネレータＭ
Ｇ１，ＭＧ２にそれぞれ対応するモータ駆動装置１３１，１３２と、コンバータ／インバータ制御部１４０とを含む。この実施の形態では、交流モータであるモータジェネレータ
ＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御されるので、モータ駆動装置１３１，１３２はインバータで構
成される。以下では、モータ駆動装置１３１，１３２をインバータ１３１，１３２と称する。
制御装置１５は、各種センサ出力１７に基づき、エンジンＥＮＧとの出力配分等を考慮
したモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２への要求トルクを決定する。さらに、制御装置１
５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に応じて、最適なモータ動作電圧を
算出する。
制御装置１５は、さらに、要求トルクおよび最適モータ動作電圧と、電圧監視部ＤＶか
らの直流電圧ＶＢとに基づいて、モータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値ＶｍｒおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのトルク指令値Ｔｒｅｆを生成する。電圧指令値Ｖｍｒおよびトルク指令値Ｔｒｅｆは、コンバータ／インバータ制御部１４０へ与えられる。
制御装置１５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の力行動作時に必要な電力が出力許容電力ＷＯＵＴを超えないように、モータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値ＶｍｒおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのトルク指令値Ｔｒｅｆを生成する。
制御装置１５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を回生制動させたときに発電した電力が入力許容電力ＷＩＮを超えないように、、モータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値ＶｍｒおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのトルク指令値Ｔｒｅｆを生成する。
コンバータ／インバータ制御部１４０は、制御装置１５からの電圧指令値Ｖｍｒに従っ
て、コンバータ１１０の動作を制御するコンバータ制御信号Ｓｃｎｖを生成する。また、
コンバータ／インバータ制御部１４０は、制御装置１５からのトルク指令値Ｔｒｅｆに従
って、インバータ１３１，１３２の動作をそれぞれ制御するインバータ制御信号Ｓｐｗｍ
１，Ｓｐｗｍ２を生成する。
制御装置１５は、電池情報記憶部５１と、電池容量推定部５２と、水分浸入量推定部５３と、電池容量補正部５４と、電池入出力制限部５５とを備える。
電池情報記憶部５１は、電池２００の使用履歴に関する情報を記憶する。
電池容量推定部５２は、 電池２００の使用履歴に関する情報に基づいて、電池容量を推定する。
水分浸入量推定部５３は、電池２００内への水分浸入量を推定する。
電池容量補正部５４は、水分浸入量推定部５３で推定された水分浸入量に基づいて、電池容量推定部５２で推定された電池容量を補正する。
電池入出力制限部５５は、 補正された電池容量が閾値以下の場合に、電池２００の出力許容電力Ｗｏｕｔおよび入力許容電力Ｗｉｎを低下させる。
図２は、実施の形態１の動作手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ１０１において、電池容量推定部５２は、電池情報記憶部５１内の電池の使用履歴に関する情報に基づいて、電池容量Ｃを推定する。より、具体的には、電池容量推定部５２は、以下の式に従って、電池容量Ｃを推定する。
ｙ＝１−ａ×ｔｕ1/2 …（１）
Ｃ＝Ｃ０×ｙ …（２）
ただし、ａは、電池２００の使用条件によって定まる劣化係数、ｔｕは電池２００の使用累積時間、ｙは容量維持率、Ｃ０は電池２００の初期容量である。
図３は、電池情報記憶部５１に記憶されている電池の使用履歴に関する情報の例を表わす図である。
電池２００の使用累積時間ｔｕは、電池情報記憶部５１に記憶されているものを用いる。劣化係数ａは、電池情報記憶部５１に記憶されている少なくとも１つの情報によって設定することができる。たとえば、以下のような特徴を持つ劣化係数ａを設定することができる。
単位時間ごとの電池温度の履歴で、所定値以上の温度の頻度が高いほど、劣化係数ａを大きくする。単位時間内の電池温度の最大値の履歴で、最大値が所定値以上となる頻度が高いほど、劣化係数ａを大きくする。単位時間内の充放電電流の履歴で、所定値以上の充放電電流の頻度が高いほど、劣化係数ａを大きくする。総放電電気量が大きいほど、劣化係数ａを大きくする。単位時間ごとのＳＯＣ（State of Charge）の履歴で、ＳＯＣが高いほど、劣化係数ａを大きくする。単位時間内のＳＯＣの最大値と最小値との差の履歴で、差が所定値以上となる頻度が高いほど、劣化係数ａを大きくする。イグニッションスイッチがオン直後のＳＯＣの履歴で、ＳＯＣが所定値以下となる頻度が高いほど、劣化係数ａを大きくする。イグニッションスイッチがオフの時間の履歴で、オフの時間が所定値となる頻度が低いほど、劣化係数ａを大きくする。電池電圧が下限値未満となった回数が多いほど、劣化係数ａを大きくする。プラグイン充電時の充電開始時のＳＯＣと充電終了時のＳＯＣの差の履歴で、この差が大きいほど、劣化係数ａを大きくする。ＥＶ走行モードの継続時間の履歴で、継続時間が長いほど、劣化係数ａを大きくする。ＨＶ走行モードの継続時間の履歴で、継続時間が短いほど、劣化係数ａを大きくする。
ステップＳ１０２において、水分浸入量推定部５３は、電池２００の温度履歴に基づいて、電池２００内への水分浸入量を推定する。より具体的には、以下の手順で水分浸入量が推定される。
水分浸入量推定部５３は、電池情報記憶部５１に記憶されている現在の時刻ｔまでの電池の温度履歴（単位時間ごとの電池温度の履歴）に基づいて、電池２００が使用された各温度ＴＢに対する、電池２００内に浸入する水分の浸入速度ＶＷ（ＴＢ）を求める。図４は、電池２００の温度ＴＢと、電池２００内に浸入する水分の浸入速度ＶＷとの関係を表わす図である。図４に示すように、１／ＴＢとＶＷとは、１次式で表わされる（アレニウスプロット）。水分浸入量推定部５３は、図４に示すような関係に基づいて、各温度ＴＢに対する電池２００内に浸入する水分の浸入速度ＶＷ（ＴＢ）を求める。
また、水分浸入量推定部５３は、現在の時刻ｔまでの電池の温度履歴に基づいて、電池２００が使用された各温度ＴＢでの電池２００の使用時間ＳＴ（ＴＢ）を求める。図５は、電池２００の温度ＴＢでの電池２００の使用時間ＳＴとの関係を表わす図である。
水分浸入量推定部５３は、式（３）に示すように、温度ＴＢの水分の浸入速度ＶＷ（ＴＢ）と電池２００の使用時間ＳＴ（ＴＢ）との積を、電池２００が使用されたすべての温度について算出し、算出した積の総和を現在の時刻ｔでの水分浸入量ＩＷ（ｔ）として求める。
ＩＷ（ｔ）＝ΣＶＷ（ＴＢ）×ＳＴ（ＴＢ） …（３）
ただし、Σは、ＴＢを変化させて総和をとることを意味する。
図６は、水分浸入量ＩＷ（ｔ）の変化を表わす図である。
ステップＳ１０３において、電池容量補正部５４は、水分浸入量推定部５３で推定された水分浸入量ＩＷ（ｔ）に基づいて、電池容量推定部５２で推定された電池容量Ｃを補正する。より、具体的には、電池容量補正部５４は、図７に示すような予め定められた水分浸入量ＩＷと容量劣化量Ｄとの関係に基づいて、水分浸入量推定部５３で推定された水分浸入量ＩＷに対応する容量劣化量Ｄを求める。図７の例では、水分浸入量ＩＷと傾きｋ（定数）との乗算値が容量劣化量Ｄであることが定められている。電池容量補正部５４は、電池容量推定部５２で推定された電池容量Ｃから容量劣化量Ｄを減算することによって、補正された電池容量Ｅ（Ｅ＝Ｃ−Ｄ）を算出する。
ステップＳ１０４において、補正された電池容量Ｅが閾値以下の場合には、処理がステップＳ１０５に進み、補正された電池容量Ｅが閾値を超える場合には、処理がステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０５において、電池入出力制限部５５は、電池２００の出力許容電力Ｗｏｕｔおよび入力許容電力Ｗｉｎを所定値まで低下させる。
ステップＳ１０６において、電池入出力制限部５５は、電池２００の出力許容電力Ｗｏｕｔおよび入力許容電力Ｗｉｎを変化させない。
以上のように、本実施の形態によれば、電池内に水分が浸入したときでも、電池容量の推定精度が低下しないようにすることができる。また、推定した電池容量が閾値以下の場合に、電池の出力許容電力および入力許容電力を低下させるので、電池の劣化の進行を抑制することができる。
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２の制御装置（ＥＣＵ）１１５の構成を表わす図である。
図８の制御装置１１５が図１の制御装置１５と相違する点は、電池入出力制限部５５に代えて、通知部１５５を備える点である。
表示装置１５６は、たとえば、液晶ディスプレイで構成されている。
通知部１５５は、補正された電池容量が閾値以下の場合に、電池容量が小さい状態であることを表わす情報を表示装置１５６に表示する。
図９は、実施の形態２の動作手順を表わすフローチャートである。
図９のフローチャートが、図２のフローチャートと相違する点は、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６に代えて、ステップＳ２０５およびステップＳ２０６を備える点である。
ステップＳ２０５において、通知部１５５は、電池容量が少ない状態であることを表わす情報を表示装置１５６に表示する。たとえば、通知部１５５は、「電池容量が少ない状態です。電池を継続使用することができません。ディーラにて電池の診断を行なって下さい。」などのメッセージを表示装置１５６に表示する。
ステップＳ２０６において、通知部１５５は、電池容量が通常状態であることを表示装置１５６に表示する。たとえば、通知部１５５は、「電池容量は通常状態です。電池を継続使用することができます。」などのメッセージを表示装置１５６に表示する。
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、電池内に水分が浸入したときでも、電池容量の推定精度が低下しないようにすることができる。また、推定した電池容量が閾値以下の場合に、電池容量が少ない状態であることを表わす情報が表示されるので、運転者は、電池の寿命が急激に低下する前に、電池の交換処理などを行なうことができる。
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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、上記した実施の形態の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。
１５，１１５ 制御装置、１７ センサ出力、１９ 充放電部、２０ ＰＣＵ、５１ 電池情報記憶部、５２ 電池容量推定部、５３ 水分浸入量推定部、５４ 電池容量補正部、５５ 電池入出力制限部、１１０ コンバータ、１２０ 平滑コンデンサ、１３１，１３２ モータ駆動装置、１４０ コンバータ／インバータ制御部、１４２ 温度センサ、１４３ 電流センサ、１５５ 通知部、１５６ 表示装置、２００ 電池、ＢＰ バッテリパック、ＤＶ 電圧監視部、ＥＮＧ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＧ 動力分割機構、ＳＭＲ システムメインリレー。

Claims (6)

  1. 電池と、
    前記電池の使用履歴に関する情報に基づいて、電池容量を推定する電池容量推定部と、
    前記電池内への水分浸入量を推定する水分浸入量推定部と、
    前記推定された水分浸入量に基づいて、前記推定された電池容量を補正する電池容量補正部とを備えた、電池システム。
  2. 前記水分浸入量推定部は、前記電池の温度履歴に基づいて、前記電池内への水分浸入量を推定する、請求項１記載の電池システム。
  3. 前記水分浸入量推定部は、前記電池の使用履歴に関する情報に基づいて、前記電池が使用された各温度に対する、前記電池内に浸入する水分の浸入速度と前記電池の使用時間を求め、
    前記水分浸入量推定部は、前記水分の浸入速度と前記電池の使用時間との積を、前記電池が使用されたすべての温度について算出し、前記算出した積の総和を前記水分浸入量として推定する、請求項２記載の電池システム。
  4. 前記電池容量補正部は、予め定められた水分浸入量と容量劣化量との関係に基づいて、前記水分浸入量推定部で推定された水分浸入量に対応する容量劣化量を求め、前記容量劣化量に基づいて前記電池容量推定部で推定された電池容量を補正する、請求項１記載の電池システム。
  5. 前記補正された電池容量が閾値以下の場合に、前記電池の入出力制限値を変更する制御部をさらに備えた、請求項１記載の電池システム。
  6. 前記補正された電池容量が閾値以下の場合に、前記電池容量が少ない状態であることを表わす情報を通知する通知部をさらに備えた、請求項１記載の電池システム。
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