JP2021136810A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されたバッテリの内部抵抗を、分極の影響を抑制した状態で測定することができる車両を提供する。【解決手段】車両は、電力を充放電可能な蓄電装置１０と、蓄電装置１０に電力を供給可能な発電装置１２と、蓄電装置１０から供給される電力によって駆動する駆動装置１３と、蓄電装置１０に入出力する電流を検知する検知部と、発電装置１２および駆動装置１３の駆動を制御する制御部９と、備えた車両であって、車両が停止すると、制御部９は、停止時よりも前の時点から停止時までの測定期間における充電量および放電量の差分を算出し、車両が停止すると、制御部９は、測定期間において放電量が充電量よりも多い場合には、差分の大きさの電流量を蓄電装置１０に供給し、測定期間において充電量が放電量よりも多い場合には、差分の大きさの電流量を蓄電装置１０から放電させる。【選択図】図１

Description

本開示は、車両に関する。

特許第３１２２７５１号公報（特許文献１）には、車両の停止状態を確認し、その直後の車両加速状態におけるバッテリからの放電電流とこの時のバッテリ電圧を検出して、これら放電電流とバッテリ電圧よりバッテリの内部抵抗を算出することが開示されている。

特許第３１２２７５１号公報

特許文献１では、車両停止時には放電電流は常にゼロであるから、その直後の加速時にバッテリ分極の影響を受けることなく、常に再現性の良い放電電流−バッテリ電圧の特性（Ｉ−Ｖ特性）を得ることができ、バッテリの内部抵抗を精度よく求めることができるとされている。

しかし、車両が停止する前において、車両の加速に際して、バッテリから大きな電力が放電される場合には、バッテリの分極の影響が大きくなる。同様に、車両停止する少し前に蓄電装置が外部電力によって充電されている場合においても、バッテリの分極の影響が大きくなる。このように、バッテリの内部抵抗を精度良く検出するには、改良の余地があった。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両に搭載されたバッテリの内部抵抗を、分極の影響を抑制した状態で測定することができる車両を提供することである。

車両は、電力を充放電可能な蓄電装置と、蓄電装置に電力を供給可能な発電装置と、蓄電装置から供給される電力によって駆動する駆動装置と、蓄電装置に入出力する電流を検知する検知部と、発電装置および駆動装置の駆動を制御する制御部と、備えた車両であって、車両が停止すると、制御部は、停止時よりも前の時点から停止時までの測定期間における充電量および放電量の差分を算出し、車両が停止すると、制御部は、測定期間において放電量が充電量よりも多い場合には、差分の大きさの電流量を蓄電装置に供給し、測定期間において充電量が放電量よりも多い場合には、差分の大きさの電流量を蓄電装置から放電させる。

上記車両によれば、車両が停車した状態において蓄電装置の分極状態を解消または低減することができ、蓄電装置の内部抵抗を精度よく測定することができる。

本開示に係る車両によれば、車両に搭載されたバッテリの内部抵抗を、分極の影響を抑制した状態で測定することができる。

本実施の形態に係る車両１を模式的に示すブロック図である。 蓄電装置１０および監視ユニット１８を模式的に示す模式図である。 各電池セル３１の分極を低減させて、各内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出する制御を示すフロー図である。

図１から図３を用いて、本実施の形態に係る車両１について説明する。図１から図３に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係る車両１を模式的に示すブロック図である。車両１は、制御部９と、蓄電装置１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１と、回転電機１２，１３と、動力分割機構１４と、エンジン１５と、車軸１６と、駆動輪１７と、監視ユニット１８とを備える。

蓄電装置１０は、充放電可能な二次電池である。蓄電装置１０の詳細な構成については、後述する。

ＰＣＵ１１は、昇圧コンバータ１９およびインバータ２０を含む。ＰＣＵ１１は、蓄電装置１０と、回転電機１２および回転電機１３に電気的に接続されている。

動力分割機構１４は、エンジン１５の出力軸と回転電機１２のロータとを機械的に接続している。動力分割機構１４は、エンジン１５の動力を回転電機１２および車軸１６に伝達する。

回転電機１２はＰＣＵ１１に電気的に接続されている。回転電機１２は、発電装置として機能する。回転電機１２はエンジン１５からの動力によって発電し、ＰＣＵ１１のインバータ２０は回転電機１２から供給される交流電力を直流電力に変換する。昇圧コンバータ１９は、インバータ２０から供給された直流電力を調圧して、蓄電装置１０を充電する。

回転電機１３は、駆動装置として機能する。回転電機１３はＰＣＵ１１から供給される交流電力によって動力を発生する。回転電機１３の動力は、車軸１６に伝達される。なお、たとえば、車両１が坂道などを下る場合などにおいては、回転電機１３は発電する。車軸１６は、駆動輪１７に接続されている。車軸１６には、車速センサが設けられており、この車速センサ２１は制御部９に車速値ＶＳを送信している。

図２は、蓄電装置１０および監視ユニット１８を模式的に示す模式図である。蓄電装置１０は、複数の電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍを含む。各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍは、互いに電気的に直列に接続されている。

各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍは、互いに電気的に並列に接続された複数の電池セル３１を含む。なお、電池セル３１は、リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、金属製のケースと、ケース内に収容された電極体と、ケース内に収容された電解液とを含む。電極体は、負極と、セパレータと、正極とを含む。

負極は、金属箔と、金属箔の表面に形成された正極合材層とを含む。正極は、金属箔と、金属箔に形成された正極合材層とを含む。ここで、電池セル３１に充電が継続的に行われたり、放電が継続的に行われたりすると、正極合材層内、負極合材層内および電解液内におけるリチウム塩の拡散に偏りが生じ、分極が生じる。

蓄電装置１０には、電力線３５，３６が接続されている。監視ユニット１８は、電流センサ４０と、複数の電圧センサ４１Ａ〜４１Ｍと、温度センサ４２とを含む。

電流センサ４０は電力線３５に設けられている。電流センサ４０は蓄電装置１０に入出力する電流を検知している。電流センサ４０は検知した電流値ＩＢを制御部９に送信している。

電圧センサ４１Ａ〜４１Ｍは、各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍに設けられている。たとえば、電圧センサ４１Ａは、電池ブロック３０Ａに設けられており、電池ブロック３０Ａの電圧を検知している。同様に他の電圧センサ４１Ｂ〜４１Ｍは、電池ブロック３０Ｂ〜３０Ｍの電圧を検知している。電圧センサ４１Ａ〜４１Ｍは、制御部９に測定した電圧値ＶＢＡ〜ＶＢＭを入力する。温度センサ４２は、測定した温度値ＴＢを制御部９に送信する。

制御部９は、電圧値ＶＢＡ〜ＶＢＭと、電流値ＩＢの積算値と、温度値ＴＢなどに基づいて、蓄電装置１０のＳＯＣを算出している。

そして、制御部９は、各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍの内部抵抗を算出する。たとえば、電池ブロック３０Ａの内部抵抗を算出する際には、電流値ＩＢと、電圧値ＶＢＡとから電池ブロック３０Ａの電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を算出する。そして、電池ブロック３０ＡのＩ−Ｖ特性の傾きから電池ブロック３０Ａの内部抵抗ＲＡを算出する。

同様に、電池ブロック３０Ｂ〜３０Ｍの内部抵抗ＲＢ〜ＲＭを算出して、制御部９は各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍの内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出する。このようにして、制御部９は蓄電装置１０の内部抵抗を算出する。

ここで、たとえば、電池ブロック３０Ａにおいて、１つの電池セル３１が断線したとすると、他の電池セル３１に電流が集中する。断線していない電池セル３１に電流が集中すると、電池セル３１の発熱量が多くなり、電池セル３１の温度が高くなる。電池セル３１の温度が高くなると、電池セル３１の劣化が進行し易い。

その結果、たとえば、放電時において、断線していない電池セル３１のＳＯＣが早期に低下して、走行距離が短くなるおそれがある。また、充電時には、断線していない電池セル３１のＳＯＣが高くなり易く、過充電される可能性が高くなる。

そのため、各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍの内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを精度よく算出することが求められている。

しかし、蓄電装置１０が充放電を繰り返す過程において、充電量が多い場合や放電量が多い場合には、各電池セル３１において分極が発生するおそれがある。各電池セル３１において分極が発生すると、各電池ブロック３０Ａ〜３０Ｍの内部抵抗ＲＡ〜ＲＭが変動する。

そこで、本実施の形態に係る車両１においては、内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出する前において、各電池セル３１において生じた分極を解消または低減させた後に、各内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出する。

図３は、各電池セル３１の分極を低減させて、各内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出する制御を示すフロー図である。なお、図３において、「Ｓｔｅｐ」を「Ｓ」と省略して記載している。当該フローは、車両１が起動中において繰り返し実行される。制御部９は、車速値ＶＳが０（ｋｍ／ｈ）であるかを判断する（Ｓｔｅｐ１０）。車速値ＶＳが０（ｋｍ／ｈ）のときには、回転電機１２の駆動は停止している。

ここで、車両１が車速値ＶＳが０（ｋｍ／ｈ）であると判断した時点を停止時点Ｔ０とする。停止時点Ｔ０から所定期間ＰＰ前の時点を所定時点Ｔ１とする。所定時点Ｔ１から停止時点Ｔ０までの期間を測定期間ＭＰとする。

そして、制御部９は、車速値ＶＳが０（ｋｍ／ｈ）でないと判断すると（Ｓｔｅｐ１０にて、Ｎｏ）、制御部９は当該フローを終えて、再度、当該フローを繰り返す。制御部９は、車速値ＶＳが０（ｋｍ／ｈ）であると判断すると（Ｓｔｅｐ１０にて、Ｙｅｓ）、制御部９は、測定期間ＭＰにおける充電量および放電量の差分である電流量ＣＶを算出する（Ｓｔｅｐ１２）。

そして、制御部９は、測定期間ＭＰにおいて、充電量よりも放電量の方が多いか否かを判断する（Ｓｔｅｐ１４）。制御部９は、放電量の方が多いと判断すると（Ｓｔｅｐ１４にてＹｅｓ）、制御部９は、電流量ＣＶの大きさの電流量を蓄電装置１０に充電する（Ｓｔｅｐ１６）。

具体的には、制御部９はエンジン１５を駆動させて回転電機１２を発電させる。そして、制御部９はＰＣＵ１１を駆動させて、回転電機１２からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置１０を充電する。測定期間ＭＰにおいて放電量が多い場合において、蓄電装置１０を充電すると、各電池セル３１に生じている分極を低減または解消することができる。

制御部９は、充電量が放電量以上であると判断すると（Ｓｔｅｐ１４にてＮｏ）、制御部９は、電流量ＣＶの大きさの電流量を蓄電装置１０から放電させる（Ｓｔｅｐ１８）。

具体的には、制御部９は、ＰＣＵ１１を駆動させて、回転電機１３にｄ軸電流を供給する。その一方で、ｑ軸電流を０（Ａ）とする。ｑ軸電流を０（Ａ）とすることで、回転電機１３は駆動力を発生しない。

測定期間ＭＰにおいて充電量が多い場合において、蓄電装置１０を放電させることで、各電池セル３１に生じている分極を低減させることができる。

制御部９は、電流量ＣＶを蓄電装置１０に充電（Ｓｔｅｐ１６）、または、電流量ＣＶを蓄電装置１０から放電（Ｓｔｅｐ１８）した後、内部抵抗を測定する（Ｓｔｅｐ２０）。

制御部９は、回転電機１３に電流を供給する。この際、ｑ軸電流を０（Ａ）とし、ｄ軸電流を供給する。ｑ軸電流が０（Ａ）であるため、回転電機１３は動力を発生しない。

そして、制御部９は、ｄ軸電流を変動させることで、各電池ブロック３０Ａ〜３０ＭのＩ−Ｖ特性を算出し、各内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出する。ここで、各電池セル３１の分極状態が解消または低減されているので、精度の高い内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを測定することができる。

分極状態における電池セル３１においては、Ｉ−Ｖ特性が一次特性となり難い一方で、分極状態が解消された電池セル３１においては、Ｉ−Ｖ特性が一次特性となりやすい。その結果、各電池ブロック３０Ａ〜３０ＭにおけるＩ−Ｖ特性の傾きから精度の高い内部抵抗ＲＡ〜ＲＭを算出することができる。

所定時点Ｔ１は、各種の時点を採用することができる。たとえば、電池セル３１の分極状態を解消または低減させた時点、充放電が３０分程度なされていなかった時点などを採用することができる。なお、「３０分程度」とは、電池セル３１が充放電なされないことにより、リチウム塩の偏りが解消される時間の例示である。

また、所定時点Ｔ１としては、上記のように分極状態に着目した時点でなくてもよい。たとえば、停止時点Ｔ０から一律決めた期間（たとえば、５分）に設定してもよい。

なお、車両１がプラグインハイブリッド車両である場合には、ＣＳモードに移行した後であって所定期間経過後に、図３に示すＳｔｅｐ１６およびＳｔｅｐ１８を実行するようにするのが好ましい。充電ステーションから供給される電力で蓄電装置１０を充電した後においては、充電量の方が多くなっており、充電直後において、電池セル３１の分極を解消する制御を実行したのでは、外部充電した電力を放電することになるためである。そのため、ＣＤモードのときには、Ｓｔｅｐ１６およびＳｔｅｐ１８を実行されない。

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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。

１ 車両、９ 制御部、１０ 蓄電装置、１２，１３ 回転電機、１４ 動力分割機構、１５ エンジン、１６ 車軸、１７ 駆動輪、１８ 監視ユニット、１９ 昇圧コンバータ、２０ インバータ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｍ 電池ブロック、３１ 電池セル、３５，３６ 電力線、４０ 電流センサ、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｍ 電圧センサ、４２ 温度センサ、ＣＶ 電流量、ＩＢ 電流値、ＭＰ 測定期間、ＰＰ 所定期間、ＲＡ，ＲＢ，ＲＭ 内部抵抗、Ｔ０ 停止時点、Ｔ１ 所定時点、ＴＢ 温度値、ＶＢＡ，ＶＢＭ 電圧値、ＶＳ 車速値。

Claims (1)

1. 電力を充放電可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置に電力を供給可能な発電装置と、
   前記蓄電装置から供給される電力によって駆動する駆動装置と、
   前記蓄電装置に入出力する電流を検知する検知部と、
   前記発電装置および前記駆動装置の駆動を制御する制御部と、
   備えた車両であって、
   前記車両が停止すると、前記制御部は、停止時よりも前の時点から停止時までの測定期間における充電量および放電量の差分を算出し、
   前記車両が停止すると、前記制御部は、前記測定期間において前記放電量が前記充電量よりも多い場合には、前記差分の大きさの電流量を前記蓄電装置に供給し、前記測定期間において前記充電量が前記放電量以上である場合には、前記差分の大きさの電流量を前記蓄電装置から放電させる、車両。

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