JP2017028874A - Secondary battery, electric automobile and arithmetic unit for secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池、電気自動車および二次電池用演算装置に関する。 The present invention relates to a secondary battery, an electric vehicle, and an arithmetic device for a secondary battery.
二次電池は繰り返し充放電可能な電池であって、情報機器や電気自動車など様々な用途で用いられている。このような二次電池は、経時的に劣化することが知られており、その劣化の度合は使用状況等によって異なるため、二次電池の劣化を抑制するために、様々な方法が提案されている。 A secondary battery is a battery that can be repeatedly charged and discharged, and is used in various applications such as information equipment and electric vehicles. Such secondary batteries are known to deteriorate over time, and the degree of deterioration varies depending on usage conditions, and various methods have been proposed to suppress the deterioration of secondary batteries. Yes.
電気自動車などの車両に搭載された二次電池の劣化を抑制するために、特許文献1には、駐車中の車両に搭載された二次電池を充電する場合、その充電量の上限値を制限する技術が開示されている。充電量が高い状態で長時間放置すると、二次電池の劣化は著しく進む。このため、車両が駐車されている状態では、制限された上限値まで放電して充電量を下げることで、二次電池の劣化を抑制することができる。
In order to suppress deterioration of a secondary battery mounted on a vehicle such as an electric vehicle,
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、二次電池の劣化を遅らせて寿命を向上させることはできるが、それでもなお経時的に劣化する。このため、同じ二次電池であっても、満充電状態まで充電したときに蓄えられる電力量が徐々に低下してしまう。したがってこのような二次電池を電気自動車の駆動用に使用した場合には、満充電状態のときに電気自動車が走行できる距離である走行可能距離が徐々に低下してしまい、満充電にしたのにもかかわらず一定の走行可能距離を維持できないという問題があった。
However, with the technique disclosed in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、二次電池が劣化した場合であっても、当該二次電池により駆動される電気自動車の一定の走行可能距離を維持することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to maintain a constant travelable distance of an electric vehicle driven by the secondary battery even when the secondary battery is deteriorated. And
本発明による二次電池は、
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部とを備える。
The secondary battery according to the present invention is
A battery part that can be repeatedly charged and discharged;
Based on the amount of power that can be charged in the battery unit and the required amount of power that is the amount of power required for a vehicle driven using the power charged in the battery unit to travel a predetermined distance, A battery control unit that adjusts a lower limit value of a usable range of power charged in the battery unit.
また本発明による電気自動車は、
二次電池に蓄えられた電力を使用して駆動される電気自動車であって、当該電気自動車を制御する車両制御部を備え、
前記二次電池は、
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整し、前記車両制御部に、前記車両の残電力量として、前記電池部の残電力量から前記使用可能範囲の下限値を減算した値を送信する電池制御部とを備え、
前記車両制御部は、前記電池制御部から送信された車両の残電力量に基づいて、当該車両の走行距離を算出する。
The electric vehicle according to the present invention is
An electric vehicle driven by using electric power stored in a secondary battery, comprising a vehicle control unit for controlling the electric vehicle,
The secondary battery is
A battery part that can be repeatedly charged and discharged;
Based on the amount of power that can be charged in the battery unit and the required amount of power that is the amount of power required for a vehicle driven using the power charged in the battery unit to travel a predetermined distance, The lower limit value of the usable range of power charged in the battery unit is adjusted, and the lower limit value of the usable range is subtracted from the remaining power amount of the battery unit as the remaining power amount of the vehicle to the vehicle control unit. A battery control unit for transmitting the value,
The vehicle control unit calculates a travel distance of the vehicle based on the remaining power amount of the vehicle transmitted from the battery control unit.
また、本発明による二次電池用演算装置は、
繰り返し充放電可能な電池部に充電可能な電力量を測定する手段と、
前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量を求める手段と、
前記充電可能な電力量と前記要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部と、を備える。
Moreover, the arithmetic device for a secondary battery according to the present invention is:
Means for measuring the amount of power that can be charged in a rechargeable battery unit; and
Means for obtaining a required power amount that is a power amount necessary for a vehicle driven using the power charged in the battery unit to travel a predetermined distance;
A battery control unit that adjusts a lower limit value of a usable range of power charged in the battery unit based on the chargeable power amount and the required power amount.
本発明によれば、二次電池が劣化した場合であっても、当該二次電池により駆動される電気自動車の一定の走行可能距離を維持することが可能である。 According to the present invention, even when the secondary battery is deteriorated, it is possible to maintain a certain travelable distance of the electric vehicle driven by the secondary battery.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, the description which overlaps may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol about the component which has the same function.
(電気自動車の物理構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池10を搭載する電気自動車1のハードウェア構成を概略的に示す図である。電気自動車1は、二次電池10と、インバータ20と、充電部30と、DC(Direct Current)/DCコンバータ40と、車両制御部50と、表示部60とを主に有する。
(Physical configuration of electric vehicle)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a hardware configuration of an
二次電池10は、電池部11と、接続検知部12と、電圧計13と、温度計14と、電流計15と、電池制御部(BMS:Battery Management System)16とを有する。
The
電池部11は、繰り返し充放電可能であり、電池制御部16は、電池部11の充放電を制御する。接続検知部12は、二次電池10が電気自動車1の各部に電力を供給できるように接続されているか否かを検知し、接続状態を電池制御部16に入力する。電圧計13は、電池部11の電圧であるセル電圧を計測して計測したセル電圧(単位電池の端子間電圧)を電池制御部16に入力する。温度計14は、電池部11の温度を計測して計測した電池温度を電池制御部16に入力する。電流計15は、二次電池10が外部に供給している電流を計測して計測した電流値を電池制御部16に入力する。
The
電池制御部16は、入力される情報、例えば接続状態、セル電圧、電池温度、および電流値などに基づいて、電池部11を制御する。電池制御部16は、電池部11に蓄えられた電力の放電を終止する電力量である放電終止電力量を調整することによって、電池部11に蓄えられた電力の使用可能範囲を調整する使用可能範囲調整手段として機能することができ、一定の走行可能距離を維持することができる。また電池制御部16は、電気自動車1の残電力量として、電池部11の残電力量から使用可能範囲の下限値を減算した値を演算する残電力量演算手段として機能することもできる。電池制御部16は、演算した残電力量を車両制御部50に送信することができる。
The
インバータ20は、直流電力から交流電力を生成し電気自動車駆動用の交流モータに供給する。充電部30は、例えば充電ステーションや系統電源などの外部電源から供給された電力を二次電池10に供給する。DC/DCコンバータ40は、直流電圧を他の電圧値の直流電圧に変換し例えば12Vの車載電装機器に供給する。車両制御部50は、電気自動車1の動きを制御する。車両制御部50は、二次電池10を初めとする電気自動車1の構成部品とCAN(Controller Area Network)などのような車載ネットワークを介して接続されている。表示部60は、電気自動車1の車内に設置されている。表示部60は、車両制御部50の制御に従って、各種の情報、例えば電気自動車1の現在のスピードや、走行可能距離などを表示する。
The
(電池制御部の動作概要)
図2は、本発明の概要を説明するための図である。図2に示すように、二次電池10の出荷段階において、SOH(State Of Health=劣化状態)100%であって、電池温度が25度であるとする。この場合の充電可能電力量が20kWhであって、電気自動車1が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量が15kWhであるとすると、電池制御部16は、放電終止電力量を5kWhに設定する。この場合、使用可能範囲は5kWhから20kWhまでの間の15kWhとなる。そして、この二次電池10が経年劣化してSOHが90%となって充電可能電力量が19kWhに目減りし、電池温度が0度である場合に、電池制御部16は、放電終止電力量を4kWhに下げる。この場合、使用可能範囲は4kWhから19kWhまでの間の15kWhとなる。この構成により、二次電池10の使用可能範囲の電力量の変化を抑制して概ね一定とし、二次電池10を満充電まで充電したときの電気自動車1の走行可能距離が二次電池10の劣化度合によって変化することを抑制することができる。
(Outline of battery controller operation)
FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the present invention. As shown in FIG. 2, it is assumed that at the shipping stage of the
(放電終止電力量の調整)
図2で説明した本発明の技術を実現するための、電池制御部16の具体的な動作について説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る二次電池の放電終止電力量を調整する動作を説明するためのフローチャートである。図3に示す動作は、例えば電気自動車1が外部電源に接続されて充電が開始される前に実行される。
(Adjustment of discharge end power)
A specific operation of the
まず電池制御部16は、電池部11の劣化度AであるSOHを推定する(ステップS101)。電池制御部16は、SOHの値を、例えば、電流計15から入力された電流値Iに基づいて、放電終止電圧から満充電電圧まで充電した際の電池容量C1を測定して、測定した現在の電池容量C1を製品出荷時点における電池容量C0で除算することにより求めることができる。
電池制御部16は、続いて、温度計14を用いて現在の電池温度Tを測定する(ステップS102)。電池制御部16は、推定した劣化度Aおよび測定した電池温度Tから、充電可能電力量Bを推定する(ステップS103)。充電可能電力量Bは、劣化度Aが高くなると目減りする。また充電可能電力量Bは、電池温度Tが低いほど目減りしやすい。具体的には、劣化度Aと温度Tを入力すると充電可能電力量Bを出力するマップを事前に作成しておき、電池制御部16は、このマップを使用して充電可能電力量Bを推定することができる。
First, the
Subsequently, the
電池制御部16は、推定した充電可能電力量Bが要求電力量Dより大きいか否かを判断する(ステップS104)。要求電力量Dは、電気自動車1が所定の距離を走行するために必要な電力量である。なお要求電力量Dは実際には電気自動車1の電費Jによって変化するが、本実施形態では、簡単のため電費Jは標準的な使用状態における基準値J1であると仮定して、要求電力量Dは出荷段階で定められた所定の値D1とする。
The
充電可能電力量Bが要求電力量D1より大きい場合、電池制御部16は、放電終止電力量Eを「充電可能電力量B−要求電力量D1」の値に設定する(ステップS105)。一方、充電可能電力量Bが要求電力量D1以下である場合、電池制御部16は、放電終止電力量Eを「0kWh」に設定する(ステップS106)。
When the chargeable power amount B is greater than the required power amount D1, the
図3で説明した放電終止電力量Eの調整が行われると、電池部11に蓄えられた電力のうち、使用可能範囲(充電可能電力量Bから放電終止電力量Eまでの範囲)が調整される。電気自動車1では、調整された使用可能範囲に応じた走行可能距離が表示される。図4は、電気自動車1における走行可能距離の表示動作を説明するためのシーケンス図である。
When the end-of-discharge power amount E described with reference to FIG. 3 is adjusted, the usable range (the range from the rechargeable power amount B to the end-of-discharge power amount E) of the power stored in the
まず電池制御部16が、放電終止電力量の調整処理を行う(ステップS100)。この放電終止電力量Eの調整は、具体的には図3のステップS101からステップS106に示した処理である。
First, the
放電終止電力量Eが調整されると、電池制御部16は、車両の残電力量Fを算出する(ステップS110)。車両の残電力量Fは、電池の残電力量G(満充電時の電力量から使用時の電池の電圧と電流の積算値により算出される消費電力量を減算することで求める)から放電終止電力量Eを減算することで求められる。電池制御部16は、車両の残電力量Fを算出すると、算出した車両の残電力量Fを車両制御部50に送信する(ステップS120)。
When the discharge end power amount E is adjusted, the
車両制御部50は、電池制御部16が送信した車両の残電力量Fを受信すると、受信した車両の残電力量Fを用いて、当該車両の残走行可能距離Hを算出する(ステップS130)。具体的には、車両制御部50は、車両の残電力量F(Wh)を電費J1(Wh/km)で除算することによって、残走行可能距離H(km)を算出することができる。車両制御部50は、残走行可能距離Hを算出すると、算出した残走行可能距離HをCAN通信を利用して表示部60に入力する(ステップS140)。
When receiving the remaining power amount F of the vehicle transmitted by the
表示部60は、車両制御部50から入力された残走行可能距離を画面に表示する(ステップS150)。図5は、表示部60が出力する残走行可能距離を含む画面表示の一例を示している。表示部60は、図5に示すように残走行可能距離を数字で表示することができる。なお、残走行可能距離(数値)の右上の図柄はSOCの状態を表示するSOC表示領域61とSOHの状態を示すSOH表示領域62とを含む。SOC表示領域61は、表示する色を用いて、右下から左上に向かって充電量の割合を示している。右下にいくほど充電量が空の状態であり最左上は満充電の状態である。またSOH表示領域62は、表示する色を用いて、右下から左上に向かって劣化の度合を示している。右下に行くほど劣化度が大きく、最左上は新品の状態である。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、電池部11に充電可能な電力量と、電気自動車1が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、電池部11に充電された電力の使用可能範囲の下限値が調整される。この構成により、使用可能範囲に蓄えられる電力量が要求電力量に応じて調整される。このため、電池部11が劣化した場合であっても、電池部11により駆動される電気自動車1の走行可能距離を一定に維持することが可能になる。
(Effect of the invention)
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the amount of power that can be charged in the
また、電池制御部16は、電池部11の温度に基づいて充電可能な電力量を推定してもよい。電池部11の温度によって電池部11に充電可能な電力量は変化するため、電池部11の温度を用いることで、充電可能な電力量の推定値の精度を向上させることが可能になる。例えば、温度が低いほど充電可能な電力量を小さな値にする。したがって、電池部11が劣化した場合であっても、より正確に、電気自動車1の走行可能距離を一定に維持することができる。
Further, the
また、電池制御部16は、充電可能な電力量が要求電力量より大きい場合、使用可能範囲の下限値を充電可能な電力量から要求電力量を減算した値とし、充電可能な電力量が要求電力量以下である場合、使用可能範囲の下限値を0とする。この構成により、電池部11の劣化が進んで、充電可能な電力量が要求電力量と等しくなるまでは、電気自動車1の走行可能距離を一定に維持することができる。
Further, when the chargeable power amount is larger than the required power amount, the
また、電池制御部16は、電気自動車1を制御する車両制御部50に、車両の残電力量として、電池部11の残電力量から使用可能範囲の下限値を減算した値を送信する。この構成により、電池部11に実際に充電されている残電力量ではなく、設定された使用可能範囲に充電された電力量が車両制御部50に通知されることになる。したがって、車両制御部50は、電気自動車1を、制限された使用可能範囲に従って制御することが可能になる。
In addition, the
また、車両制御部50は、車両の残電力量に基づいて、電気自動車1の走行可能距離を算出する。この構成により、電池部11が劣化して充電可能な電力量が目減りした場合であっても、電気自動車1の一定の走行可能距離を維持することが可能になる。
Further, the
また、車両制御部50は、調整された使用可能範囲に応じて算出された走行可能距離を表示部60に表示させる。この構成により、電池部11が劣化した場合であっても、ユーザに一定の走行可能距離が通知されることになる。
In addition, the
なお、本実施形態では、電池の使用範囲を電圧ではなく電力量を用いて制御している。電池の使用範囲を制御する方法としては、電圧を用いることも考えられるが、本実施形態では、走行可能距離を一定に保つために、電力量(Wh)計算が必要となる。消費電力量と電池電圧とは非線形の関係にある。図6は、電池の消費電力量と無負荷電池電圧との関係を示す図である。無負荷電池電圧の値を計測することができれば、消費電力量を知ることができるが、電気自動車1の走行中は無負荷電池電圧を計測することができない。このため、本発明では電力量による制御を用いることとした。
In the present embodiment, the use range of the battery is controlled not by voltage but by electric energy. As a method of controlling the use range of the battery, it is conceivable to use a voltage. However, in the present embodiment, in order to keep the travelable distance constant, it is necessary to calculate the electric energy (Wh). There is a non-linear relationship between power consumption and battery voltage. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the battery power consumption and the no-load battery voltage. If the value of the no-load battery voltage can be measured, the amount of power consumption can be known, but the no-load battery voltage cannot be measured while the
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態に係る電気自動車1の構成は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る走行可能距離の表示動作を説明するためのシーケンス図である。本実施形態では、第1の実施形態と比較して、電費J2に応じて要求電力量を補正する点において異なる。車両制御部50は、電池制御部16に電費J2(Wh/km)を送信する(ステップS200)。電費J2は使用時の電池の消費電力量と走行距離を計測し、消費電力量を走行距離で除算することで求めている。
<Second Embodiment>
Since the configuration of the
FIG. 7 is a sequence diagram for explaining the display operation of the travelable distance according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the required power amount is corrected according to the power consumption J2.
電池制御部16は、車両制御部50が送信した電費J2を受信すると、受信した電費J2を用いて要求電力量D1を補正して補正した要求電力量D2を得る(ステップS210)。具体的には、電池制御部16は、車両制御部50から受信した現在の電費J2を基準電費(車両側で設定されている)で除算した補正係数を算出し、算出した補正係数を要求電力量D1に積算することで、要求電力量D1を補正する。エアコンなどの補機を使用したり、ドライバーの運転に起因して電費が増大すると、電気自動車1の走行可能距離が低下してしまう。このため本実施形態では、電費に応じて要求電力量を補正することで、電費が変化しても一定の走行可能距離を維持することができる。
When the
ステップS100からステップS150の動作については、図4を用いて説明した第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。ステップS100では、ステップS210において補正された要求電力量を用いて放電終止電力量が調整されるため、結果として、ステップS150で表示される残走行可能距離は、電費に応じて補正された値となる。 Since the operation from step S100 to step S150 is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG. 4, the description thereof is omitted here. In step S100, the discharge end power amount is adjusted using the required power amount corrected in step S210. As a result, the remaining travelable distance displayed in step S150 is a value corrected according to the power consumption. Become.
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、表示部60は、電気自動車1の車内に設置されていることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、走行可能距離が表示される表示部60は、電気自動車1と接続される充電スタンドに設置されていてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、電気自動車に搭載された二次電池について説明したが、複数の駆動源を有するハイブリッドカーに搭載された二次電池においても、本発明の技術を適用することが可能である。 In the above embodiment, the secondary battery mounted on the electric vehicle has been described. However, the technology of the present invention can also be applied to a secondary battery mounted on a hybrid car having a plurality of drive sources. is there.
また、上記実施形態では二次電池10の電池制御部16が電池部11の使用可能範囲の下限値を調整することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。使用可能範囲の下限値を調整する処理は、二次電池10とは別体の二次電池用演算装置において行われてもよい。この場合、二次電池用演算装置は、繰り返し充放電可能な電池部に充電可能な電力量を測定する手段と、電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量を求める手段と、充電可能な電力量と要求電力量とに基づいて、電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部とを備える。
Moreover, in the said embodiment, although the
1 電気自動車
10 二次電池
11 電池部
16 電池制御部
50 車両制御部
60 表示部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部と、を備える二次電池。 A battery part that can be repeatedly charged and discharged;
Based on the amount of power that can be charged in the battery unit and the required amount of power that is the amount of power required for a vehicle driven using the power charged in the battery unit to travel a predetermined distance, A secondary battery comprising: a battery control unit that adjusts a lower limit value of a usable range of power charged in the battery unit.
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する使用可能範囲調整手段と、
前記車両の残電力量として、前記電池部の残電力量から前記使用可能範囲の下限値を減算した値を演算する残電力量演算手段と、
前記車両の残電力量に基づいて、当該車両の走行可能距離を算出する走行距離算出手段と、
前記走行可能距離を表示させる表示手段とを備える、電気自動車。 An electric vehicle that is driven using electric power stored in a secondary battery,
A battery part that can be repeatedly charged and discharged;
Based on the amount of power that can be charged in the battery unit and the required amount of power that is the amount of power required for a vehicle driven using the power charged in the battery unit to travel a predetermined distance, Usable range adjustment means for adjusting the lower limit of the usable range of the electric power charged in the battery unit;
A remaining power amount calculating means for calculating a value obtained by subtracting the lower limit value of the usable range from the remaining power amount of the battery unit as the remaining power amount of the vehicle;
A travel distance calculating means for calculating a travelable distance of the vehicle based on the remaining power amount of the vehicle;
An electric vehicle comprising display means for displaying the travelable distance.
前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量を求める手段と、
前記充電可能な電力量と前記要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部と、を備える二次電池用演算装置。 Means for measuring the amount of power that can be charged in a rechargeable battery unit; and
Means for obtaining a required power amount that is a power amount necessary for a vehicle driven using the power charged in the battery unit to travel a predetermined distance;
An arithmetic device for a secondary battery, comprising: a battery control unit that adjusts a lower limit value of a usable range of power charged in the battery unit based on the chargeable power amount and the required power amount.
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