JP2020046332A

JP2020046332A - バッテリ監視装置

Info

Publication number: JP2020046332A
Application number: JP2018175801A
Authority: JP
Inventors: 真吾槌矢; Shingo Tsuchiya; 鎌田　誠二; Seiji Kamata; 誠二鎌田
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】バッテリが本来持っている電池性能を最大限利用することが可能なバッテリ監視装置を提供する。【解決手段】バッテリ監視装置３は、所定の充電電流（一定電流ＩＪ）でバッテリＢを充電する際ににおける所定期間（例えば６０分）におけるセル電圧の変化幅、例えば図１（ｂ）に示すようにセル電圧が２．２Ｖのときに一定電流ＩＪでバッテリＢを６０分に亘って充電した際のセル電圧の現在値（４．０Ｖ）を取得し、当該現在値（４．０Ｖ）と予め記憶している初期ＳＯＣカーブとに基づいて一点鎖線グラフで示す現在のＳＯＣカーブ（現在特性）を取得する。そして、バッテリ監視装置３は、バッテリＢの使用によってバッテリ電力の使用範囲が狭くならないように、セル電圧下限値及び／あるいはセル電圧上限値をＳＯＣカーブの変化に応じて可変る。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ監視装置に関する。

下記特許文献１には、電気自動車等の二次電池の劣化状態を簡単かつ精度良く診断するために、内部インピーダンスを推定する二次電池の劣化状態診断装置が開示されている。この劣化状態診断装置は、状態検出用の充電電流を二次電池に入力し、この際の電池電圧及び電池電流に基づいて二次電池の内部インピーダンス（交流インピーダンス）を検出するものである。

特開２０１０−１３９４２３号公報

ところで、二次電池（バッテリ）は、劣化によって内部インピーダンスが変化することによりＳＯＣ（State of charge）カーブが変化することが知られている。このため、リチウムイオン電池等のバッテリでは、ＳＯＣカーブの変化を想定して、使用に際して推奨される使用電圧範囲つまり下限電圧及び上限電圧が設定されている。しかしながら、この使用電圧範囲に従った場合に、二次電池が本来持っている電池性能を十分に利用し得ない事態が発生し得る。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、バッテリが本来持っている電池性能を最大限利用することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、バッテリ監視装置に係る解決手段として、バッテリを充電する際に充電開始バッテリ電圧と充電後バッテリ電圧を計測することにより、前記バッテリのＳＯＣカーブについて初期特性に対する変化を取得する、という手段を採用する。

本発明によれば、バッテリのＳＯＣカーブについて初期特性に対する変化を取得するので、バッテリが本来持っている電池性能を最大限利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るバッテリ監視装置の機能構成を示す回路図（ａ）及び動作を示す特性図（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るバッテリ監視装置は、電気自動車やハイブリッド自動車等、バッテリ電力でモータを駆動して走行する車両に設けられるものであり、走行動力系の給電制御を行うものである。この走行動力系は、図１（ａ）に示すように、バッテリＢ、外部充電器Ｊ、コンタクタ１、２、バッテリ監視装置３及び負荷４を備えている。

バッテリＢは、複数の電池セルが直列接続された組電池であり、比較的高圧（数百ボルト）の電力（バッテリ電力）をコンタクタ１、２を介して負荷４に供給する。このバッテリＢのプラス端子は、最上位に位置する電池セルのプラス端子であり、またバッテリＢのマイナス端子は最下位に位置する電池セルのマイナス端子である。このようなバッテリＢは、個々の電池セルの電圧（セル電圧）を合計した電圧（バッテリ電圧）を負荷４に印加する。

外部充電器Ｊは、上記バッテリＢを充電する機器である。すなわち、外部充電器Ｊは、一対の出力端のうち、高電位側の出力端がバッテリＢのプラス端子に接続され、また低電位側の出力端がバッテリＢのマイナス端子に接続される。なお、このような外部充電器Ｊは、バッテリＢに対して着脱自在に構成されている。すなわち、外部充電器Ｊは、必要に応じてバッテリＢに接続されて当該バッテリＢを充電する。

コンタクタ１は、接続関係がＯＮ／ＯＦＦする一対の接点を備えており、一方の接点がバッテリＢのプラス端子に接続されると共に他方の接点が負荷４の第１入力端に接続されている。このコンタクタ１は、上記一対の接点のＯＮ／ＯＦＦ状態がバッテリ監視装置３によって制御されることにより、バッテリＢのプラス端子と負荷４の第１入力端との接続／非接続を切り替える。

コンタクタ２は、接続関係がＯＮ／ＯＦＦする一対の接点を備えており、一方の接点がバッテリＢのマイナス端子に接続されると共に他方の接点が負荷４の第２入力端に接続されている。このコンタクタ２は、上記一対の接点のＯＮ／ＯＦＦ状態がバッテリ監視装置３によって制御されることにより、バッテリＢのマイナス端子と負荷４の第２入力端と接続／非接続を切り替える。

バッテリ監視装置３は、車両の運転手の操作指示（例えばイグニッションスイッチの「ＯＮ」）に基づいて、上述したコンタクタ１、２の動作を制御することにより、バッテリ電力の負荷４への給電を制御する。

また、このバッテリ監視装置３は、バッテリＢを構成する各電池セルの電極とそれぞれ接続されており、各電極から入力される電極電位に基づいて各電池セルのセル電圧を検出すると共に当該セル電圧を合算することによりバッテリ電圧を検出する。さらに、このバッテリ監視装置３は、バッテリＢの初期特性の１つである初期ＳＯＣカーブを制御データの１つとして予め記憶している。

このようなバッテリ監視装置３は、各電池セルのセル電圧を用いることにより各電池セルの初期ＳＯＣカーブに対する変化を取得する。すなわち、バッテリ監視装置３は、各電池セルのセル電圧を所定のタイムインターバルで検出することにより、バッテリＢの使用状態に応じて変化するＳＯＣカーブを上記タイムインターバル毎に取得する。なお、このＳＯＣカーブの取得処理の詳細については、バッテリ監視装置３の動作説明として後述する。

負荷４は、インバータと走行モータを備えており、コンタクタ１、２を介してバッテリＢから入力されるバッテリ電力に基づいて走行動力を発生させる。すなわち、この負荷４は、バッテリ電力をインバータを用いて交流電力に変換し、この交流電力を走行モータに供給することにより走行動力を発生させる。

次に、本実施形態に係るバッテリ監視装置３の動作について、図１（ｂ）をも参照して詳しく説明する。

バッテリ監視装置３は、車両の走行時にはコンタクタ１、２を閉状態に設定することにより、バッテリＢを負荷４に接続させる。この状態において、負荷４は、バッテリＢから供給されるバッテリ電力（直流電力）を交流電力に電力変換することにより走行動力を発生させる。このようなバッテリＢから負荷４への給電つまりバッテリＢの放電は、車両の走行毎に行われる。

そして、図１（ｂ）に示すようにバッテリＢの充電電力が所定のＳＯＣ値（例えば１８％）まで低下すると、つまり各電池セルのセル電圧がセル電圧下限値（例えば１Ｖ）まで低下すると、バッテリＢには外部充電器Ｊが接続されて、外部電源の電力（外部電力）がバッテリＢに充電される。このバッテリＢの充電では、図１（ｂ）に示すようにバッテリＢの充電電力が所定のＳＯＣ値（例えば８２％）まで上昇する、つまり各電池セルのセル電圧がセル電圧上限値（例えば４．５Ｖ）まで上昇すると、充電処理が終了される。

すなわち、初期状態（例えば新品状態）では、バッテリＢのＳＯＣカーブ（初期特性）は図１（ｂ）に実線グラフで示す変化特性を有するので、バッテリＢは１８％〜８２％の範囲で使用される。しかしながら、バッテリＢは使用回数に応じて劣化し、上記初期特性は、使用回数に応じて徐々に変化する。

例えば、この初期特性は、図１（ｂ）に一点鎖線グラフで示すように傾斜が徐々に大きくなり、セル電圧下限値ではＳＯＣ値が２２％、またセル電圧上限値ではＳＯＣ値が６４％となる。すなわち、バッテリＢは使用回数が増加すると、バッテリ電力の使用範囲が徐々に狭くなる。

このようなバッテリＢの性能変化に対して、バッテリ監視装置３は、バッテリＢが外部充電器Ｊによって充電される度に当該充電時における各電池セルのセル電圧を取り込むことにより、新たなＳＯＣカーブつまり上記初期特性に対するＳＯＣカーブの変化を取得して内部メモリに記憶させる。

すなわち、バッテリ監視装置３は、所定の充電電流（一定電流Ｉ_Ｊ）でバッテリＢを充電する際ににおける所定期間（例えば６０分）におけるセル電圧の変化幅、例えば図１（ｂ）に示すようにセル電圧が２．２Ｖのときに一定電流Ｉ_ＪでバッテリＢを６０分に亘って充電した際のセル電圧の現在値（４．０Ｖ）を取得し、当該現在値（４．０Ｖ）と予め記憶している初期ＳＯＣカーブとに基づいて一点鎖線グラフで示す現在のＳＯＣカーブ（現在特性）を取得する。

そして、バッテリ監視装置３は、バッテリＢの使用によってバッテリ電力の使用範囲が狭くならないように、セル電圧下限値及び／あるいはセル電圧上限値をＳＯＣカーブの変化に応じて可変する。

このような本実施形態によれば、バッテリ監視装置３がバッテリＢのＳＯＣカーブについて初期特性に対する変化を取得してセル電圧下限値及び／あるいはセル電圧上限値を可変するので、バッテリＢが本来持っている電池性能を最大限利用することが可能である。

Ｂバッテリ
Ｊ外部充電器
１コンタクタ
２コンタクタ
３バッテリ管理装置
４負荷

Claims

バッテリを充電する際に充電開始バッテリ電圧と充電後バッテリ電圧を計測することにより、前記バッテリのＳＯＣカーブについて初期特性に対する変化を取得することを特徴とするバッテリ監視装置。