JP2018157734A - 二次電池の管理装置及び電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回生制限を行うことなく、二次電池の充電を制御する二次電池の管理装置及びそれを備えた電動車両を提供する。【解決手段】二次電池の入出力制御を行う制御装置１０と、充電完了後から所定距離又は所定期間走行した際の回生履歴を記憶する回生履歴記憶部３０と、前記回生履歴記憶部３０が記憶した回生履歴から充電完了後の必要回生容量を算出し、前記制御装置の充電条件を変更して、満充電容量から前記必要回生容量を減じた値を充電終了条件とする制御変更部４０と、を具備する。【選択図】図２

Description

本発明は二次電池の管理装置及び電動車両に関する。

近年、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の電動車両が多数実用化されている。電動車両に搭載されている駆動用の二次電池（バッテリ）は、充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられている。これらの電動車両において走行用モータは、バッテリからの電力によって電動車両を走行させるための駆動力を発生する一方、例えば、減速時等には発電機として作動して回生制動力を発生させるように構成されているものがある。

このような回生充電においては、走行用モータを発電機として作動した際に生じる回生電力がバッテリに供給されてバッテリが充電される。しかしながら、バッテリが満充電に近くなると（バッテリの全体電圧が所定電圧に達すると）、バッテリの過充電の発生等を防止してバッテリを保護するため、回生制動力が抑制される。このような技術として、バッテリの状態に応じて、回生制限を行う技術がある（例えば、特許文献１など参照）。

しかしながら、このような回生制限が行われると、ドライバーに不安感や違和感を与えてしまうという問題がある。

一方、バッテリの寿命向上の目的から、例えば、満充電の８０％程度までと、通常の充電を制限する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−７９０９５号公報 特許第５５４５３７３号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、回生制動力が制限されることはないが、航続距離の低下につながるという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、回生制限を行うことなく、二次電池の充電を制御する二次電池の管理装置及びそれを備えた電動車両を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明は、二次電池の入出力制御を行う制御装置と、充電完了後から所定距離又は所定期間走行した際の回生履歴を記憶する回生履歴記憶部と、前記回生履歴記憶部が記憶した回生履歴から充電完了後の必要回生容量を算出し、前記制御装置の充電条件を変更して、満充電容量から前記必要回生容量を減じた値を充電終了条件とする制御変更部と、を具備することを特徴とする二次電池の管理装置にある。

かかる本発明では、充電後の回生履歴を記憶し、充電後の必要回生容量を算出してその分を減じた値を充電終了条件とするので、充電完了後に必要な回生制動力を制限することなく走行でき、ドライバーに不安感や違和感を与えてしまうことがない。また、必要回生容量の分だけ満充電容量から減じて充電するので、常に満充電に近い状態が保たれ、走行到達距離を大きく減じることもない。

ここで、前記制御変更部は、複数の前記回生履歴を平均して前記必要回生容量を算出することが好ましい。

これによれば、より最適な必要回生容量を把握することができる。

また、前記回生履歴記憶部は、取得した位置情報に基づいて充電位置を区別し、充電位置毎に前記回生履歴を記憶することが好ましい。

これによれば、充電位置毎に必要回生容量を算出できるので、より最適な必要回生容量を把握でき、充電後の走行に最適な充電状態を保つことができる。

また、前記制御変更部は、前記制御装置が充電を開始した時点で当該充電位置での充電後の回生履歴から前記必要回生容量を算出し、前記充電終了条件とすることが好ましい。

これによれば、充電毎に、より最適な充電終了条件を算出することができ、充電後の走行に最適な充電状態を保つことができる。

また、本発明の他の態様は、上記二次電池の管理装置を具備することを特徴とする電動車両にある。

これによれば、二次電池の充電完了後の充電状態を最適に保つことができ、充電後も必要な回生制動力を必要に応じて得ることができる電動車両が実現できる。

本発明の二次電池の管理装置によれば、充電後の回生履歴を記憶し、充電後の必要回生容量を算出してその分を減じた値を充電終了条件とするので、充電完了後に必要な回生制動力を制限することなく走行でき、ドライバーに不安感や違和感を与えてしまうことがなく、また、必要回生容量の分だけ満充電容量から減じて充電するので、常に満充電に近い状態が保たれ、走行到達距離を大きく減じることもないという優れた効果を奏する。

本実施形態にかかる制御装置を有するＰＨＥＶの構成を示す模式図である。 本実施形態にかかる二次電池の管理装置を含む制御部の構成を示すブロック図である。 本実施形態にかかる二次電池の管理装置による充電時のフローの一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下の実施形態は、二次電池及びその管理装置を車両に搭載した例について説明する。

まず、二次電池が搭載された車両の一例について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、電動車両の一種であるプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）であり、エンジン２の他、二次電池である駆動用バッテリ３を備えている。駆動用バッテリ３は、複数のバッテリーセルが直並列接続されてなるバッテリユニットであり、各バッテリーセルは、例えば、リチウムイオン二次電池からなる。

この駆動用バッテリ３は、後述する制御部１００を含むコントロールユニット４を介して走行用モータ５及びジェネレータ６に電気的に接続されている。走行用モータ５及びジェネレータ６は、図示は省略するが駆動伝達機構を介して駆動輪７に連結されている。

そして、ＰＨＥＶ１は、例えば、駆動用バッテリ３からの電力供給により動作する走行用モータ５の駆動力によって走行するＥＶ走行モード、駆動用バッテリ３とエンジン２によって駆動されるジェネレータ６で発電される電力によって動作する走行用モータ５の駆動力によって走行するシリーズ走行モード、エンジン２の駆動力で走行するパラレル走行モードなどの走行モードを有している。

本実施形態におけるＰＨＥＶ１では、駆動用バッテリ３に蓄えられた電力は、コントロールユニット４のインバータ８で直流から交流に変換されて走行用モータ５に流入し、これにより走行用モータ５が駆動される（放電）。また、ＰＨＥＶ１の減速時の回生発電電力は、コントロールユニット４のインバータ８で交流から直流に変換されて駆動用バッテリ３に流入し、駆動用バッテリ３に充電される。さらに、コントロールユニット４には、車載充電器（ＯＢＣ）９が搭載され、車載充電器９は、図示しない外部充電装置からの電力により駆動用バッテリ３に充電を行う。

さらに、本実施形態にかかるＰＨＥＶ１のコントロールユニット４には、制御部１００が設けられている。なお、主として、駆動用バッテリ３、車載充電器９及び制御部１００により、電池システムを構成している。

ここで、制御部１００は、図２に示すように、駆動用バッテリ３の充電率等の充電状態を検出する充電状態検出部１０と、回生制御部２０と、回生履歴記憶部３０と、制御変更部４０と、車載充電器９を介しての駆動用バッテリ３の充電制御などを行う電池管理ユニット（ＢＭＵ）５０とを具備する。

充電状態検出部１０は、本実施形態では、駆動用バッテリ３の車載充電器９による充電中の電流及び電圧を検出する電流電圧検出部１１と、駆動用バッテリ３の温度を検出する電池温度検出部１２と、駆動用バッテリ３の充電率（ＳＯＣ：State of charge）を検出するＳＯＣ検出部１３と、を備えている。なお、ＳＯＣ検出部１３は、駆動用バッテリ３の電圧を検出する電圧検出手段に単純に置き換えてもよい。

回生制御部２０は、例えば、減速時等に、駆動輪７の回転エネルギを走行用モータ５及びジェネレータ６によって電気エネルギに変換して回生する、いわゆる回生動作を実行する。回生動作においては、回生発電電力は、コントロールユニット４のインバータ８で交流から直流に変換されて駆動用バッテリ３に流入し、駆動用バッテリ３に充電される。

回生履歴記憶部３０は、充電完了後から所定距離又は所定期間走行した際の回生履歴を記憶する。ここで、所定距離又は所定期間は、満充電状態とした後、充電率が９０％〜８０％となる程度までの走行距離又は走行期間とし、その間の走行で回生制動力が発生された際の回生充電による充電容量を回生履歴として記憶する。これは充電完了後の走行にて、通常、どの程度の回生充電が行われるかを把握し、後述するとおり、この充電容量の分を必要回生容量として把握し、その分を差し引いて充電完了条件とするためのものである。よって、充電率がある程度低下した後は回生充電が制限されることがないので、この状態での回生履歴は把握する必要はない。

このように回生履歴記憶部３０によれば、充電完了後の走行状態に応じて回生履歴を把握することができるので、最適な必要回生容量を把握することができる。

ここで、充電完了後の走行状態は、地理的な環境により変化するので、充電位置毎に回生履歴を把握するのが好ましい。よって、回生履歴記憶部３０は、車両のＧＰＳから位置情報を取得して充電位置を区別し、充電位置毎に上述した回生履歴を記憶するのが好ましく、本実施形態では充電位置毎に回生履歴を記録している。

制御変更部４０は、前記回生履歴記憶部３０が記憶した回生履歴から充電完了後の必要回生容量を算出し、後述する電池管理ユニット５０の充電条件を変更して、満充電容量から前記必要回生容量を減じた値を充電終了条件とするようにする。

ここで、必要回生容量は、上述したように、充電完了後の走行で必要となる回生制動力に応じた回生充電における回生充電容量である。すなわち、制御変更部４０は、必要回生容量を把握し、充電完了後の走行で回生制動力が制限されないように、充電完了状態を変更するものであり、充電後の走行で必要となる回生制動力に対する充電容量分が充電できるように充電完了条件を変更しておくものである。これにより、充電完了後にも必要な回生制動力が制限されることがなく、快適な走行ができるようになる。

電池管理ユニット５０は、充電状態検出部１０により検出された駆動用バッテリ３の温度やＳＯＣなどが予め格納されており、例えば、所定のタイミングで劣化状態検出部などにより推定されて更新される劣化状態（ＳＯＨ：State of health）ＳＯＨなどに基づいて、充電する際の電流や電圧及び充電終了条件を制御する。本実施形態では、上述した制御変更部４０が必要回生容量に基づいて充電終了条件の変更を出力した場合には、それに応じて充電完了条件を変更する。

以上説明したように、回生履歴記憶部３０が回生履歴を記憶し、制御変更部４０が回生履歴に基づいて必要回生容量を把握し、充電時の充電終了条件を、満充電容量から必要回生容量分だけ差し引いた値を充電終了条件とすることで、充電完了直後の走行で、必要な回生制動力が制限されることがなくなり、快適な走行が実現できる。

また、満充電容量から必要回生容量分だけ差し引いた値を充電終了条件としているので、充電完了時の容量を必要以上に低減させていないので、航続可能距離を低減させることもない。

また、上述したように、回生履歴を充電位置毎に把握することで、このような効果はさらに顕著となる。

例えば、通常、自宅での充電と、高速走行時の所定のサービスエリアでの充電とが行われている電動車両を想定し、例えば、自宅が丘の上に存在するとする。この場合、自宅での充電後の走行では、最初から回生制動力の発生が多くなるが、サービスエリアでの充電後にはほとんど回生制動力の発生がない状態で充電率が低下していくことが考えられる。よって、自宅での充電後の走行の回生履歴と、サービスエリアでの充電の回生履歴とを別に記憶しておくと、それぞれの充電位置における必要回生容量が異なるものとなる。

ここで、自宅での充電後の必要回生容量は、比較的大きくなり、サービスエリアでの充電後の必要回生容量は非常に小さなものとなると考えられが、それぞれの必要回生容量に応じて、各地点での充電終了条件が変更されることになるので、それぞれの地点で最適な充電が行われることになる。そして、自宅での充電後、走行して回生充電が頻発しても回生制限が行われることが回避され、また、サービスエリアでの充電では満充電に近い充電状態が確保され、航続可能距離をほとんど低減させることがないという効果を奏する。

図３には、具体的な実施形態のフローの一例を示し、回生履歴の記憶と充電を行う手順を説明する。

図３に示すように、まず、回生履歴記憶部３０は、充電完了後、所定距離又は所定期間の走行における回生容量を記憶する（ステップＳ１）。この回生履歴は、充電毎に更新するのではなく、複数回の充電後の回生履歴を記憶し、平均値を回生履歴として記憶するようにする（ステップＳ２）。このような回生履歴の記憶は、充電位置毎に記憶し、充電位置毎に平均するようにするのが好ましい。

次いで、制御変更部４０は、充電時、すなわち、充電開始前又は充電開始後において、ＳＯＨなどを参照して満充電容量を予測し（ステップＳ３）、また、回生履歴記憶部３０から取得した回生容量の平均値から必要回生容量を把握し、満充電容量から必要回生容量を差し引いた値を補正後の充電終了条件とし（ステップＳ４）、これを電池管理ユニット５０に出力する。これにより、充電終了条件が変更され、充電後、必要な回生制動力が制限されることがなくなる。

なお、制御変更部４０は、回生履歴の平均値をそのまま必要回生容量としてもよいが、過充電防止などを目的とした安全性を考慮し、例えば、回生履歴の平均値の、例えば、１１０％〜１２０％の値を必要回生容量としてもよい。

以上説明した充電を行うことにより、充電完了後にも必要な回生制動力が制限されることがなく、快適な走行ができるようになる。また、満充電容量を必要以上に低減させることがないので、航続可能距離を最大限に保つことができる。

１ ＰＨＥＶ（車両）
２ エンジン
３ 駆動用バッテリ
４ コントロールユニット
５ 走行用モータ
６ ジェネレータ
８ インバータ
９ 車載充電器
１０ 充電状態検出部
２０ 回生制御部
３０ 回生履歴記憶部
４０ 制御変更部
５０ 電池管理ユニット（ＢＭＵ）
１００ 制御部

Claims (5)

1. 二次電池の入出力制御を行う制御装置と、
   充電完了後から所定距離又は所定期間走行した際の回生履歴を記憶する回生履歴記憶部と、
   前記回生履歴記憶部が記憶した回生履歴から充電完了後の必要回生容量を算出し、前記制御装置の充電条件を変更して、満充電容量から前記必要回生容量を減じた値を充電終了条件とする制御変更部と、を具備することを特徴とする二次電池の管理装置。
2. 前記制御変更部は、複数の前記回生履歴を平均して前記必要回生容量を算出することを特徴とする請求項１記載の二次電池の管理装置。
3. 前記回生履歴記憶部は、取得した位置情報に基づいて充電位置を区別し、充電位置毎に前記回生履歴を記憶することを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池の管理装置。
4. 前記制御変更部は、前記制御装置が充電を開始した時点で当該充電位置での充電後の回生履歴から前記必要回生容量を算出し、前記充電終了条件とすることを特徴とする請求項３記載の二次電池の管理装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の二次電池の管理装置を具備することを特徴とする電動車両。

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