JP5158217B2 - 電池システム及び電池システム搭載車両 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池(以下、単に電池とも言う)を備え、この二次電池による電気エネルギを動力源に使用する電池システム、及び、この電池システムを搭載した電池システム搭載車両に関する。
従来より、二次電池による電気エネルギを動力源に使用する電池システムや、この電池システムを搭載した電池搭載車両が広く知られている。電池システム搭載車両としては、例えば、電気自動車やプラグインハイブリッドカー、ハイブリッドカー、ハイブリッド鉄道車両などが挙げられる。下記の特許文献1〜3には、このような電池システムや電池システム搭載車両が開示されている。
特許文献1に開示された電気推進車両(電池システム搭載車両)は、二次電池の初期出力の大きさを、モータの出力に、当該二次電池のメモリ効果による出力低下分と、当該二次電池の経年劣化による許容出力低下分とを加えた出力以上の大きさに設定している。このように二次電池の初期出力を大きく設定しておけば、性能保証期間内においては、二次電池が経年劣化しても、また、二次電池にメモリ効果が現れても、二次電池は常にモータの設定出力以上あるので、モータはいつでも少なくとも設定出力以上の出力を出させることができる。これにより、使用者がアクセルペダルを過剰に踏み込むことで電費の悪化がするのを防止でき、また、不必要に二次電池を交換することも防止できる旨が記載されている。
特許文献2に開示された電気自動車(電池システム搭載車両)は、充電電流や充電時間により最大容量比が異なる複数の充電モード(エコノミーモード、ノーマルモード及びロングドライブモード)を予め設定してある。使用者は、これらの充電モードの中から、車両の予定走行距離に合致する最大容量比を有する充電モードを選択する。そして、車両は、選択した充電モードにおける充電電気量となるように充電を行う。このようにすることで、充電モードによっては過充電を行うのを避けることが可能となるため、いたずらにエネルギ効率を低下させることなく、利用目的に応じた充電を行える旨が記載されている。
特許文献3に開示された電池システムは、二次電池の放電時に二次電池の電圧が所定の基準値を下回ったときに放電を停止する放電制御手段と、二次電池の充電時に二次電池の電圧が所定の基準値を上回ったときに充電を停止する充電制御手段とを有する。また、この電池システムは、二次電池の状態に基づいて二次電池の履歴を推定する履歴推定手段を有する。そして、放電制御手段は、履歴推定手段による履歴推定値に応じて、放電を停止する電圧基準値を上昇方向に補正し、充電制御手段は、履歴推定手段による履歴推定値に応じて、充電を停止する電圧基準値を下方方向に補正する。このような制御を行うことで、二次電池の容量劣化率が増加するのが緩和されるため、二次電池の寿命を延長させることができる旨が記載されている。
特開平8−331704号公報 特許第3421398号公報 特許第3161215号公報
しかしながら、特許文献1の電気推進車両は、充電の度に満充電まで充電するので、二次電池の劣化進行が早まる。このため、電池の劣化が進んでも、保証した走行可能距離を走行できるようにするためには、この劣化想定分を多く積み増ししておく必要があり、車両に搭載する電池容量が大きくなってしまう。従って、車両重量が重くなったり、コスト高を招く。
また、特許文献2の電気自動車は、使用者が充電モードを選択するものであるため、例えば、常にロングドライブモードに設定したままであると、満充電やそれに近い充電が繰り返し行われることとなり、二次電池の劣化進行が早まる。また、充電モードの選択が面倒である。
これらに対し、特許文献3の電池システムは、充電制御手段が、二次電池の充電時に二次電池の電圧が所定の基準値を上回ったときに充電を停止する構成とされ、しかも、この充電制御手段は、二次電池の履歴推定値に応じて、充電を停止する電圧基準値を下方方向に補正する。このため、満充電を避けることができ、二次電池の劣化進行を抑制できる。しかし、この電池システムでは、二次電池の履歴推定値に応じて、次第に充電を停止する電圧基準値を下方方向に補正するため、この電圧基準値が低くなり過ぎると、性能保証期間内にも拘わらず、必要とされる電気量を二次電池から取り出せない事態が生じる場合がある。従って、この電池システムを搭載する電池システム搭載車両では、性能保証期間内にも拘わらず、保証した走行可能距離を確保できない事態が生じる場合がある。
このように、従来の電池システムやこれを搭載した電池システム搭載車両では、二次電池の劣化進行を抑制することが困難であった。或いは、二次電池の劣化進行を抑制できても、性能保証期間などの所定期間に亘り、保証した電気量を電池システムから取り出すことが困難であった。また、電池システム搭載車両においては、性能保証期間などの所定期間に亘り、保証した走行可能距離を確保することが困難であった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、二次電池の劣化進行を抑制でき、その分、搭載する初期の電池容量を少なくでき、また、電池システムとして、長期間に亘り、充放電し得る電気量の大きさを確保できる、電池システムを提供することを目的とする。また、この電池システムを搭載し、二次電池の劣化進行を抑制でき、その分、搭載する初期の電池容量を少なくでき、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる、電池システム搭載車両を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、二次電池を備え、この二次電池による電気エネルギを動力源に使用する電池システムであって、前記二次電池から取り出し得る電気量の上限である上限電気量を、満充電状態の前記二次電池から取り出し得る電気量である満充電電気量よりも低く設定する上限電気量設定手段であって、前記二次電池の劣化が進行するほど、前記満充電電気量と前記上限電気量との差が小さくなる値に、前記上限電気量を設定し、かつ、前記上限電気量を、前記二次電池の劣化による前記満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させる上限電気量設定手段と、前記二次電池を充電する際に、前記上限電気量を上限として、前記二次電池を充電する充電手段と、を備える電池システムである。
前述のように、二次電池を満充電まで繰り返し充電すると、二次電池の劣化進行が早まる。これに対し、上記電池システムでは、上限電気量設定手段により二次電池から取り出し得る電気量の上限(上限電気量)を、満充電状態の二次電池から取り出し得る電気量である満充電電気量よりも低く設定し、充電手段によりこの上限電気量を上限として二次電池を充電する。このように充電の上限を制限することで、二次電池の劣化進行を抑制できる。かくして、将来の劣化を考慮して必要とされる二次電池の容量を小さくできるので、電池システムに搭載する二次電池の容量を小さくできる。
更に、この電池システムでは、二次電池の劣化が進行するほど、満充電状態から取り出し得る電気量(満充電電気量)と上限電気量との差が小さくなる値に、上限電気量を設定し、かつ、上限電気量を、次電池の劣化による前記満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させる。このため、二次電池の劣化が進行しても、上限電気量まで充電した場合に、この二次電池から取り出し得る電気量を、二次電池の劣化に比して緩やかに低下させて、二次電池の劣化ほどには低下しないようにできる。従って、電池システムとして、長期間に亘り安定して、充放電し得る電気量の大きさを十分に確保できる。このため、この電池システムを、後述するように例えば車両に搭載した場合には、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。
なお、上限電気量設定手段による上限電気量の設定は、二次電池を充電する際及びそれ以前の少なくともいずれかに行うことができる。即ち、例えば、上限電気量の設定は、充電手段により二次電池を充電する際に行うことができる。また例えば、定期的に上限電気量を設定するなど、充電手段による充電を行うよりも前に、予め上限電気量を設定しておいてもよい。
また、上限電気量設定手段により「上限電気量を設定する」とは、「上限電気量」の値自身を直接的に設定する場合が挙げられる。その他、二次電池の劣化が進行する各時点において、「上限電気量」に対応する二次電池の端子間電圧(上限端子間電圧)やSOC(上限SOC)など、「上限電気量」に対応した指標を設定することにより、「上限電気量」を間接的に設定する場合も含まれる。なお、SOC(State Of Charge)は、電池の残容量であり、電池の充電状態を示すものである。
更に、上記の電池システムであって、前記上限電気量を上限とすることなく、前記上限電気量を超えて前記二次電池を充電可能とする上限電気量解除手段を更に備える電池システムとすると良い。
この電池システムでは、上記の上限電気量解除手段を更に備えるため、この手段を適用した場合には、上限電気量を超えて二次電池を充電することが可能となる。このため、予め消費電力が大きくなると想定される場合、例えば、この電池システムを車両に搭載した場合において、ヒータやエアコンなどの補機を駆動させると想定される場合でも、上限電気量を超えて二次電池を充電できるため、走行可能距離を十分に確保できるなど、適切に対応できる。
更に、上記の電池システムであって、前記二次電池が、メモリ効果の生じる特性を有する電池システムとすると良い。
この電池システムは、前述の上限電気量解除手段により上限電気量を超えて二次電池を充電することが可能なため、例えばSOC0%まで放電した後にSOC100%まで充電することにより、二次電池をリフレッシュすることができる。このため、二次電池にメモリ効果が生じても、このメモリ効果を解消できる。
なお、メモリ効果の生じる特性を有する二次電池としては、例えば、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、一部のリチウム電池などが挙げられる。
また、他の態様は、上記のいずれかに記載の電池システムを搭載した電池システム搭載車両である。
この電池システム搭載車両は、前述の電池システムを搭載しているため、二次電池の劣化進行を抑制でき、その分、搭載する二次電池の容量を小さくできる。
また、前述の電気システムは、二次電池の劣化が進行しても、上限電気量まで充電した場合に、この二次電池から取り出し得る電気量を、二次電池の劣化ほどには低下しないようにできるため、この電池システム搭載車両は、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。
更に、前述の上限電気量解除手段を備える場合には、上限電気量を超えて二次電池を充電することが可能となるため、ヒータやエアコンなどの補機を駆動させるなど、消費電力が大きくなると予め想定される場合などでも、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。
なお、「電池システム搭載車両」としては、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッドカー、ハイブリッドカー、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータなどが挙げられる。
更に、上記の電池システム搭載車両であって、前記電池システム搭載車両は、外部電源に接続して前記二次電池を充電可能なプラグイン車両であり、前記外部電源によるプラグイン充電を行う際に、前記上限電気量設定手段により、その時点における前記二次電池の劣化具合に応じて、前記上限電気量を設定する電池システム搭載車両とすると良い。
プラグイン充電では、例えば夜から朝までなど、長時間に亘り充電できる場合が多いと考えられる。従って、例えば走行中の回生ブレーキによる短時間の充電と異なり、上限電気量まで充電できる場合が多いと考えられる。この電池システム搭載車両では、プラグイン充電を行う際に、上限電気量設定手段により、その時点における二次電池の劣化具合に応じて上限電気量を設定する。これにより、その時点における二次電池の劣化具合に応じた、より適切な上限電気量を設定し、適切なプラグイン充電を行うことができる。
また、他の態様は、二次電池を備え、この二次電池による電気エネルギを動力源に使用する電池システムであって、SOC100%よりも小さい上限SOCを設定する上限SOC設定手段であって、前記二次電池の劣化が進行するほど、前記上限SOCを大きい値に設定し、かつ、前記上限SOCの前記二次電池から取り出し得る電気量を、前記二次電池の劣化による、満充電状態の前記二次電池から取り出し得る電気量である満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させる上限SOC設定手段と、前記二次電池を充電する際に、前記上限SOCを上限として、前記二次電池を充電する充電手段と、を備える電池システムである。
前述のように、二次電池を満充電まで繰り返し充電すると、二次電池の劣化進行が早まる。これに対し、上記電池システムでは、上限SOC設定手段によりSOC100%よりも小さい上限SOCを設定し、充電手段によりこの上限SOCを上限として二次電池を充電する。このように充電の上限を制限することで、二次電池の劣化進行を抑制できる。かくして、将来の劣化を考慮して必要とされる二次電池の容量を小さくできるので、電池システムに搭載する二次電池の容量を小さくできる。
更に、この電池システムでは、二次電池の劣化が進行するほど、上限SOCを大きい値に設定し、かつ、上限SOCの二次電池から取り出し得る電気量を、二次電池の劣化による、満充電状態の二次電池から取り出し得る電気量である満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させる。このため、二次電池の劣化が進行しても、上限SOCまで充電した場合に、この二次電池から取り出し得る電気量を、二次電池の劣化による満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させて、二次電池の劣化ほどには低下しないようにできる。従って、電池システムとして、長期間に亘り安定して、充放電し得る電気量の大きさを十分に確保できる。このため、この電池システムを、後述するように例えば車両に搭載した場合には、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。
また、上限SOC設定手段による上限SOCの設定は、二次電池を充電する際及びそれ以前の少なくともいずれかに行うことができる。即ち、例えば、上限SOCの設定は、充電手段により二次電池を充電する際に行うことができる。また例えば、定期的に上限SOCを設定するなど、充電手段による充電を行うよりも前に、予め上限SOCを設定しておいてもよい。
なお、「SOC(State Of Charge)」は、前述のように、二次電池の残容量であり、二次電池の充電状態を示すものである。SOCは、電圧検知、電流積算等により推定することができる。
更に、上記の電池システムであって、前記上限SOCを上限とすることなく、前記上限SOCを超えて前記二次電池を充電可能とする上限SOC解除手段を更に備える電池システムとすると良い。
この電池システムでは、上記の上限SOC解除手段を更に備えるため、この手段を適用した場合には、上限SOCを超えて二次電池を充電することが可能となる。このため、消費電力が大きくなると予め想定される場合、例えば、この電池システムを車両に搭載した場合において、ヒータやエアコンなどの補機を駆動させると想定される場合でも、上限SOCを超えて二次電池を充電できるため、走行可能距離を十分に確保できるなど、適切に対応できる。
更に、上記のいずれかに記載の電池システムであって、前記二次電池が、メモリ効果の生じる特性を有する電池システムとすると良い。
この電池システムは、前述の上限SOC解除手段により上限SOCを超えて二次電池を充電することが可能なため、例えばSOC0%まで放電した後にSOC100%まで充電することにより、二次電池をリフレッシュすることができる。このため、二次電池にメモリ効果が生じても、このメモリ効果を解消できる。
また、他の態様は、上記のいずれかに記載の電池システムを搭載した電池システム搭載車両である。
この電池システム搭載車両は、前述の電池システムを搭載しているため、二次電池の劣化進行を抑制でき、その分、搭載する二次電池の容量を小さくできる。
また、前述の電気システムは、二次電池の劣化が進行しても、上限SOCまで充電した場合に、この二次電池から取り出し得る電気量を、二次電池の劣化ほどには低下しないようにできるため、この電池システム搭載車両は、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。
更に、前述の上限SOC解除手段を備える場合には、上限SOCを超えて二次電池を充電することが可能となるため、ヒータやエアコンなどの補機を駆動させるなど、消費電力が大きくなると予め想定される場合などでも、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。
更に、上記の電池システム搭載車両であって、前記電池システム搭載車両は、外部電源に接続して前記二次電池を充電可能なプラグイン車両であり、前記外部電源によるプラグイン充電を行う際に、前記上限SOC設定手段により、その時点における前記二次電池の劣化具合に応じて、前記上限SOCを設定する電池システム搭載車両とすると良い。
プラグイン充電では、例えば夜から朝までなど、長時間に亘り充電できる場合が多いと考えられる。従って、例えば走行中の回生ブレーキによる短時間の充電と異なり、上限SOCまで充電できる場合が多いと考えられる。この電池システム搭載車両では、プラグイン充電を行う際に、上限SOC設定手段により、その時点における二次電池の劣化具合に応じて上限SOCを設定する。これにより、その時点における二次電池の劣化具合に応じた、より適切な上限SOCを設定し、適切なプラグイン充電を行うことができる。
実施形態1に係り、電池システムを搭載した電池システム搭載車両の概略を示す説明図である。 実施形態1に係り、プラグイン充電を示すフローチャートである。 実施形態1に係り、時間Tと組電池の容量劣化率Fとの関係を示すグラフである。 実施形態1に係り、時間Tと組電池から取り出し得る電気量Dとの関係を示すグラフである。 実施形態1に係り、時間Tと走行可能距離Lとの関係を示すグラフである。 実施形態2に係り、プラグイン充電を示すフローチャートである。 実施形態3に係り、プラグイン充電を示すフローチャートである。
(実施形態1)
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1に係る電池システム100を搭載したプラグインハイブリッドカー(電池システム搭載車両)200を示す。このプラグインハイブリッドカー200は、その車体210に、エンジン220、フロントモータ230、リアモータ240及び電池システム100を搭載する。
このうち電池システム100は、複数のリチウム二次電池が接続されてなる組電池(二次電池)110と、ECU120と、インバータ130と、AC−DCコンバータ140と、これらを接続するケーブル150と、外部電源XVとの接続に用いるプラグ付きケーブル160とを有する。そして、組電池110による電気エネルギを、フロントモータ230及びリアモータ240の駆動に利用する。また、このプラグインハイブリッドカー200は、外部電源XVに接続して、組電池110を充電できるプラグイン車両である。
この電池システム100及びプラグインハイブリッドカー200では、ECU120が、組電池110から取り出し得る電気量の上限(上限電気量Da)を、満充電の場合よりも低く設定し、この上限電気量Daを上限として、組電池110を充電する。
上限電気量Daの設定は、組電池110を充電する際に行う。具体的には、例えば家庭用外部電源などの外部電源XVにプラグインハイブリッドカー200を接続して、外部電源XVによるプラグイン充電を行う際に、この上限電気量Daを設定する。
上限電気量Daを設定する際には、その時点において組電池110の満充電状態から取り出し得る電気量(満充電電気量Dmax)を求める。そして、この満充電電気量Dmaxと上限電気量Daとの差が、組電池110の劣化が進行するほど小さくなる値に、上限電気量Daを設定する。
具体的には、図4に示すように、組電池110の満充電状態から取り出し得る満充電電気量Dmax(一点鎖線で示す)は、新車時(満充電電気量Dmax1)から、性能保証期間Ta(本実施形態1では10年間)経過後(満充電電気量Dmax2)まで徐々に低下していく。これに対し、上限電気量Da(実線で示す)は、新車時(上限電気量Da1)から、性能保証期間Ta経過後(上限電気量Da2)まで徐々に低下させているが、その減少度合いは、満充電電気量Dmaxよりも少なくしている。これにより、上限電気量Daは、組電池110の劣化が進行するほど、満充電電気量Dmaxとの差が小さくなる。
本実施形態1では、図4に示した、満充電電気量Dmaxと設定すべき上限電気量Daとの関係がテーブルの形でECU120内に記憶されており、このデータに基づいて、満充電電気量Dmaxから上限電気量Daを設定する。なお、満充電電気量Dmaxと上限電気量Daとの関係を関数の形でECU120内に記憶させておき、これに基づいて、満充電電気量Dmaxから上限電気量Daを設定するようにしてもよい。
次に、このプラグインハイブリッドカー200に、プラグイン充電を行う場合について、図2のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、外部電源XVにプラグインハイブリッドカー200を接続して、プラグイン充電を開始する。すると、ステップS1において、組電池110の現在の劣化具合を判定する。本実施形態1では、組電池110の内部抵抗Rを測定し、この内部抵抗Rの値から、満充電状態から取り出し得る電気量(満充電電気量Dmax)を求める。
具体的には、本実施形態1では、組電池110の内部抵抗Rと満充電電気量Dmaxとの関係がテーブルの形でECU120内に記憶されており、このデータに基づいて、現在の内部抵抗Rから現在の満充電電気量Dmaxを求める。
なお、内部抵抗Rと満充電電気量Dmaxとの関係を関数の形でECU120内に記憶させておき、これに基づいて、内部抵抗Rから満充電電気量Dmaxを求めるようにしてもよい。
また、組電池110の劣化具合の判定手法は、これに限定されない。例えば、プラグイン充電に先立ち、満充電と完全放電を行って組電池110の電池容量を実測することにより、満充電電気量Dmaxを求めることもできる。また、組電池110の劣化具合の判定においては、走行距離や走行時間、車両放置時間、組電池110への通電電荷量、組電池110の温度履歴、組電池110の電流レート履歴、組電池110のSOC履歴、組電池110の抵抗増加率、充電容量、放電容量などを、適宜利用できる。
組電池110の劣化具合を判定した後は、ステップS2に進み、ECU120により上限電気量Daを設定する。前述のように、ECU120には、満充電電気量Dmaxと設定すべき上限電気量Daとの関係がテーブルの形で記憶されているので、このデータに基づいて、ステップS1で得られた満充電電気量Dmaxから上限電気量Daを直接的に設定する。
なお、ステップS1及びステップS2を実行しているECU120が、前述の上限電気量設定手段に相当する。
次に、ステップS3に進み、組電池110の充電を開始する。そして、ステップS4に進み、上限電気量Daに達したか否かを判断する。即ち、組電池110から現在取り出し得る電気量Dを求め、この電気量Dが上限電気量Daに達したか否かを判断する。ここで、NO、即ち、組電池110の電気量Dがまだ上限電気量Daに達していない場合には、継続して組電池110の充電を行う。一方、YES、即ち、組電池110の電気量Dが上限電気量Daに達した場合には、このプラグイン充電を終了する。
なお、ステップS3及びステップS4を実行しているECU120が、前述の充電手段に相当する。
なお、本実施形態1では、プラグイン充電を行う際に上限電気量Daを設定しているが、これと共に、或いはこれとは別に、定期的に(例えば1ヶ月毎に)上限電気量Daを設定して、上限電気量Daを更新するようにしてもよい。
また、図2には、プラグイン充電を行う場合を示したが、走行中の回生ブレーキ等による充電を行う場合にも、組電池110の電気量Dが上限電気量Daに達した場合には充電を終了する。この回生ブレーキ等による充電では、この充電時以前に設定された最新の上限電気量Da(例えば1ヶ月毎に定期的に設定し更新した上限電気量Da)を用いることができる。
以上で説明したように、本実施形態1の電池システム100では、ECU120により、組電池110から取り出し得る上限電気量Daを満充電の場合よりも低く設定し(ステップS1,S2)、この上限電気量Daを上限として組電池110を充電する(ステップS3,S4)。このように組電池110から取り出し得る電気量Dの上限を制限することで、組電池110の劣化進行を抑制できる。かくして、将来の劣化を考慮して必要とされる組電池110の容量を小さくでき、電池システム100に搭載する組電池110の初期容量を小さくできる。
即ち、図3に示すように、従来形態の電池システムは、性能保証期間Ta(例えば10年間)経過後の組電池110の容量劣化率Fmが大きかったのに対し、本実施形態1の電池システム100では、性能保証期間Ta経過後の組電池110の容量劣化率Faが十分に小さくなった。なお、容量劣化率F(%)は、新品時の組電池110の電池容量に対する、劣化により減少した電池容量の減少分の割合を指す。
また、本実施形態1の電池システム100では、前述したように、組電池110の劣化が進行するほど、その時点おける満充電状態から取り出し得る電気量(満充電電気量Dmax)と上限電気量Daとの差が、徐々に小さくなる値に、上限電気量Daを設定する(図4参照)。このため、組電池110の劣化が進行しても、上限電気量Daまで充電した場合に、この組電池110から取り出し得る電気量Dは、組電池110の劣化に比して緩やかに低下し、組電池110の劣化ほどには低下しない。
従って、電池システム100として、長期間に亘り安定して、充放電可能な電気量Dを十分に確保できる。具体的には、性能保証期間(例えば10年間)に亘り、保証した電気量D以上を組電池110から取り出すことができる。よって、この電池システム100を搭載したプラグインハイブリッドカー200では、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。具体的には、このプラグインハイブリッドカー200では、性能保証期間(例えば10年間)に亘り、所定の走行可能距離(例えば30km)を確保できる。
即ち、図5に示すように、従来の電池システム搭載車両では、満充電を繰り返し行うために、組電池110の劣化進行が早く、例えば一点鎖線(従来形態1)で示すように、新車時の走行可能距離Lm1に対して、性能保証期間Ta(例えば10年間)経過後の走行可能距離Lm2が大きく低下し、保証走行可能距離La(例えば30km)を下回ってしまうことがある。このため、性能保証期間Ta経過後にも保証走行可能距離Laを確保すべく、搭載する初期の電池容量を相当大きくしなければならなかった。例えば図5に破線(従来形態2)で示すように、新車時の走行可能距離Ln1を保証走行可能距離Laよりも相当大きくして、性能保証期間Ta経過後に走行可能距離Ln2が大きく低下しても、保証走行可能距離Laを確保できるようにする必要があった。このため、車両重量が重くなったり、コスト高を招いていた。
これに対し、本実施形態1では、前述のように、組電池110の劣化進行が十分に抑制されるために、図5に実線で示すように、新車時の走行可能距離Lb1に対して、性能保証期間Ta経過後(例えば10年後)の走行可能距離Lb2がそれほど低下せず、搭載する初期の電池容量を少なくした場合(上記従来形態1と同じ電池容量とした場合)でも、保証走行可能距離La(例えば30km)を確保できる。
また、本実施形態1のプラグインハイブリッドカー200は、前述のように、プラグイン充電を行う際に、ECU120(ステップS1,S2)により、その時点における組電池110の劣化具合に応じて、上限電気量Daを設定する。プラグイン充電は、例えば夜から朝までなど、長時間に亘り充電できる場合が多いと考えられる。従って、例えば走行中の回生ブレーキによる短時間の充電と異なり、上限電気量Daまで充電できる場合が多いと考えられる。このプラグインハイブリッドカー200では、プラグイン充電を行う際に、その時点における組電池110の劣化具合に応じて上限電気量Daを設定する。これにより、その時点における組電池110の劣化具合に応じた、より適切な上限電気量Daを設定し、適切なプラグイン充電を行うことができる。
(参考形態1)
次いで、参考形態について説明する。本参考形態1の電池システム102及びこれを搭載したプラグインハイブリッドカー202では、設定する上限電気量Dbの値が、上記実施形態1に係る上限電気量Daと異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本参考形態1でも、ECU122が、上記実施形態1と同様に、組電池110の劣化が進行するほど、満充電電気量Dmaxと上限電気量Dbとの差が小さくなる値に、上限電気量Dbを直接的に設定するが、その設定値が上記実施形態1の上限電気量Daと異なる。
具体的には、本参考形態1では、上限電気量Dbを一定の値に固定する。即ち、図4に示すように、組電池110の満充電状態から取り出し得る満充電電気量Dmax(一点鎖線で示す)は、新車時(満充電電気量Dmax1)から、性能保証期間Ta(例えば10年間)経過後(満充電電気量Dmax2)まで徐々に低下していく。これに対し、上限電気量Db(二点鎖線で示す)は、新車時から、性能保証期間Ta経過後まで一定の値とする。これにより、上限電気量Dbは、組電池110の劣化が進行するほど、満充電電気量Dmaxとの差が小さくなる。
このように上限電気量Dbを固定することで、組電池110の劣化が進行しても、上限電気量Dbまで充電した場合に、この組電池110から取り出し得る電気量Dを一定とすることができる。従って、本参考形態1の電池システム102では、長期間に亘り、放充電し得る電気量Dの大きさを一定とすることができる。
よって、これを搭載したプラグインハイブリッドカー202では、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を一定とすることができる。具体的には、性能保証期間(例えば10年間)に亘り、常に一定の走行可能距離(例えば30km)を確保できる。即ち、図5に二点鎖線で示すように、新車時の走行可能距離も性能保証期間Ta経過後(例えば10年後)の走行可能距離も変わらず、常に一定の保証走行可能距離La(例えば30km)を確保できる。その他、上記実施形態1と同様な部分は、上記実施形態1と同様な作用効果を奏する。
(実施形態2)
次いで、第2の実施の形態について説明する。本実施形態2の電池システム103及びこれを搭載したプラグインハイブリッドカー203では、上限電気量を直接的に設定する代わりに、上限電気量に対応する指標として上限SOCを設定し、この上限SOCを上限として組電池110の充電を行う点が、上記実施形態1の電池システム100及びプラグインハイブリッドカー200と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態2では、ECU123が、SOC100%よりも小さい値の上限SOCを設定することにより、これに対応する上限電気量を間接的に設定し、この上限電気量に対応する上限SOCを上限として、組電池110を充電する。
上限SOCの設定(上限電気量の設定)は、組電池110を充電する際に行う。具体的には、外部電源XVに接続してプラグイン充電を行う際に、この上限SOC(上限電気量)を設定する。
上限SOCは、組電池110の劣化が進行するほど大きい値となるように(本実施形態2では、一次的に徐々に大きくなる値に)設定する。本実施形態2では、容量劣化率Fと設定すべき上限SOCとの関係がテーブルの形でECU123内に記憶されており、このデータに基づいて、容量劣化率Fから上限SOCを設定する。なお、容量劣化率Fから上限SOCとの関係を関数の形でECU123内に記憶させておき、これに基づいて、容量劣化率Fから上限SOCを設定するようにしてもよい。
次に、本実施形態2のプラグインハイブリッドカー203に、プラグイン充電を行う場合について、図6のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、外部電源XVにプラグインハイブリッドカー203を接続して、プラグイン充電を開始する。すると、ステップS21において、組電池110の現在の劣化具合を判定する。本実施形態2では、組電池110の内部抵抗Rを測定し、この内部抵抗Rの値から組電池110の現在の容量劣化率Fを求める。
具体的には、本実施形態2では、組電池110の内部抵抗Rと容量劣化率Fとの関係がテーブルの形でECU123内に記憶されており、このデータに基づいて、現在の内部抵抗Rから現在の容量劣化率Fを求める。
なお、内部抵抗Rと容量劣化率Fとの関係を関数の形でECU123内に記憶させておき、これに基づいて、内部抵抗Rから容量劣化率Fを求めるようにしてもよい。
次に、ステップS22に進み、ECU123により上限SOCを設定する。前述のように、ECU123には、容量劣化率Fと設定すべき上限SOCとの関係がテーブルの形で記憶されているので、このデータに基づいて、ステップS21で得られた容量劣化率Fから上限SOCを設定する。
なお、ステップS21及びステップS22を実行しているECU123が、前述の上限SOC設定手段に相当し、また、前述の上限電気量設定手段にも相当する。
次に、ステップS23に進み、組電池110の充電を開始する。そして、ステップS24に進み、上限SOCに達したか否かを判断する。即ち、組電池110の現在のSOCを電池電圧から求め、このSOCが上限SOCに達したか否かを判断する。ここで、NO、即ち、組電池110のSOCがまだ上限SOCに達していない場合には、継続して組電池110の充電を行う。一方、YES、即ち、組電池110のSOCが上限SOCに達した場合には、このプラグイン充電を終了する。
なお、ステップS23及びステップS24を実行しているECU123が、前述の充電手段に相当する。
なお、本実施形態2では、プラグイン充電を行う際に上限SOCを設定しているが、これと共に、或いはこれとは別に、定期的に(例えば1ヶ月毎に)上限SOCを設定して、上限SOCを更新するようにしてもよい。
また、本実施形態2では、電池電圧から組電池110の現在のSOCを求めているが、SOCを求める手法は、これに限定されない。例えば、組電池110に流れた電流から組電池110に出入りした電気量Dを積算して、組電池110のSOCを求めることができる。
また、図6には、プラグイン充電を行う場合を示したが、走行中の回生ブレーキ等による充電を行う場合にも、組電池110が上限SOCに達した場合には充電を終了する。この回生ブレーキ等による充電では、この充電時以前に設定された最新の上限SOC(例えば1ヶ月毎に定期的に設定し更新した上限SOC)を用いることができる。
以上で説明したように、本実施形態2の電池システム103では、ECU123により、SOC100%よりも小さい上限SOCを設定し(ステップS21,S22)、この上限SOCを上限として組電池110を充電する(ステップS23,S24)。このようにSOCの上限を制限することで、組電池110の劣化進行を抑制できる(図3参照)。かくして、将来の劣化を考慮して必要とされる組電池110の容量を小さくでき、電池システム103に搭載する組電池110の初期容量を小さくできる。
更に、本実施形態2の電池システム103では、前述のように、組電池110の劣化が進行するほど、上限SOCを大きい値に設定する。このため、組電池110の劣化が進行しても、上限SOCまで充電した場合に、この組電池110から取り出し得る電気量Dは、組電池の劣化に対して緩やかに低下し、組電池110の劣化ほどには低下しない。従って、電池システム103として、長期間に亘り安定して、充放電可能な電気量Dを十分に確保できる。具体的には、性能保証期間(例えば10年間)に亘り、保証した電気量D以上を組電池110から取り出すことができる。また、この電池システム103を搭載したプラグインハイブリッドカー203では、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を十分に確保できる。具体的には、このプラグインハイブリッドカー203では、性能保証期間(例えば10年間)に亘り、所定の走行可能距離(例えば30km)を確保できる(図5参照)。
また、本実施形態2のプラグインハイブリッドカー203は、前述のように、プラグイン充電を行う際に、ECU123(ステップS21,S22)により、その時点における組電池110の劣化具合に応じて、上限SOCを設定する。プラグイン充電は、上限電気量SOCまで充電できる場合が多いと考えられるため、プラグイン充電を行う際に、その時点における組電池110の劣化具合に応じて上限SOCを設定することで、その時点における組電池110の劣化具合に応じた、より適切な上限SOCを設定し、適切なプラグイン充電を行うことができる。その他、上記実施形態1または参考形態1と同様な部分は、上記実施形態1または参考形態1と同様な作用効果を奏する。
(参考形態2)
次いで、第2の参考形態について説明する。本参考形態2の電池システム104及びこれを搭載したプラグインハイブリッドカー204では、設定する上限SOCの値が、上記実施形態2に係る上限SOCと異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態2等と同様であるので、上記実施形態2等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本参考形態2でも、ECU124が、上記実施形態2と同様に、組電池110の劣化が進行するほど大きくなる値に、上限SOCを設定することにより、上限電気量を間接的に設定するが、その設定値が上記実施形態2の上限SOC(従ってこれに対応する上限電気量)とは異なる。具体的には、本参考形態2では、上限SOCから組電池110を放電させたときに、組電池110の劣化の進行に拘わらず、組電池110から取り出し得る電気量Dが一定となる値に、前記上限SOCを設定する。
このように上限SOCを設定することで、組電池110の劣化が進行しても、上限SOCまで充電した場合に、この組電池110から取り出し得る電気量Dを一定とすることができる。従って、本参考形態2の電池システム104では、長期間に亘り、放充電し得る電気量Dの大きさを一定とすることができる。
よって、これを搭載したプラグインハイブリッドカー204では、長期間に亘り、充電後の走行可能距離を一定とすることができる。具体的には、性能保証期間(例えば10年間)に亘り、常に一定の走行可能距離(例えば30km)を確保できる(図5参照)。その他、上記実施形態1,2または参考形態1のいずれかと同様な部分は、上記実施形態1,2または参考形態1のいずれかと同様な作用効果を奏する。
(実施形態3)
次いで、第3の実施の形態について説明する。本実施形態3の電池システム105及びこれを搭載したプラグインハイブリッドカー205では、上限電気量Daを解除して組電池110を充電することも可能な点が、上記実施形態1及び参考形態1の電池システム100,102及びプラグインハイブリッドカー200,202と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1等と同様であるので、上記実施形態1等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態3でも、ECU125が、上記実施形態1と同様に組電池110から取り出し得る上限電気量Daを直接的に設定し、この上限電気量Daを上限として、組電池110を充電する。但し、ヒータやエアコン等の補機類の使用により使用電力量の追加的な増加が見込まれる場合など、所定の条件を満たす場合には、上限電気量Daを上限とすることなく、上限電気量Daを超えて組電池110を充電できる。
次に、本実施形態3のプラグインハイブリッドカー205に、プラグイン充電を行う場合について、図7のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、外部電源XVにプラグインハイブリッドカー205を接続して、プラグイン充電を開始する。すると、ステップS31において、車両現在地の地域と季節を判定する。この地域や季節の判定には、例えば、ナビゲーションシステムによる位置情報や、インターネットからの月日、季節、天気等の情報などを利用できる。
その後、ステップS32に進み、補機類の電力使用量が大きくなりそうか否かを判断する。具体的には、ステップS31で得られた車両現在地の地域と季節の情報に基づいて、例えばヒータやエアコンなどの補機類による追加の使用電力量が大きくなると想定されるか否かを判断する。この判断では、例えば、以前の走行時における補機類の使用実績(電力使用量の実績)なども利用できる。
ここで、YES、即ち、予め補機類の使用電力量が大きくなると想定される場合には、ステップS33に進む。そして、ステップS33では、このプラグイン充電よりも以前に設定された上限電気量Daを解除する。
その後、ステップS34に進んで、組電池110の充電を開始する。そして、ステップS35に進み、組電池110が満充電の状態になったか否かを判断する。ここで、NO、即ち、組電池110がまだ満充電になっていない場合には、継続して組電池110の充電を行う。一方、YES、即ち、組電池110が満充電の状態になった場合には、このプラグイン充電を終了する。
なお、ステップS33〜ステップS35を実行しているECU125が、前述の上限電気量解除手段に相当する。
一方、前述のステップS32でNO、即ち、補機類の使用電力量が大きくないと想定される場合には、ステップS36に進み、組電池110の現在の劣化具合を判定する。このステップS36以降は、上記実施形態1と同様である。即ち、ステップS36において満充電電気量Dmaxを求めた後、ステップS37において上限電気量Daを設定する。その後、ステップS38に進み、組電池110の充電を開始する。そして、ステップS39に進み、組電池110の現在の電気量Dが上限電気量Daに達したか否かを判断し、上限電気量Daに達した場合には、このプラグイン充電を終了する。
本実施形態3では、ステップS36及びステップS37を実行しているECU125が、前述の上限電気量設定手段に相当し、ステップS38及びステップS39を実行しているECU125が、前述の充電手段に相当する。
なお、本実施形態3では、前述のように、予め補機類の電力使用量が大きくなると想定される場合に(ステップS32)、上限電気量Daを解除して(ステップS33)、満充電になるまで充電を行う(ステップS34,35)。しかし、上限電気量Daを解除した後に(ステップS33)、解除した上限電気量Daよりも更に大きいが満充電の場合よりも小さい値の第2上限電気量を新たに設定して、この第2上限電気量を上限として、組電池110の充電を行うようにしてもよい。
以上で説明したように、本実施形態3の電池システム105及びプラグインハイブリッドカー205では、上限電気量Daを上限とすることなく、上限電気量Daを超えて組電池110を充電することも可能である。このため、ヒータやエアコンを使用するなど、予め消費電力が大きくなると想定される場合などでも、走行可能距離を十分に確保できる。
なお、組電池110に、例えばニッケル水素電池などのメモリ効果の生じる二次電池を用いる場合には、組電池110の充放電の繰り返しにより、メモリ効果によって充放電できる電気量Dが減少することがある。これに対し、本実施形態3の電池システム105では、上限電気量Daを超えて組電池110を充電することが可能なため、例えば一旦SOC0%まで放電させた後にSOC100%まで充電することにより、組電池110をリフレッシュすることができる。このため、組電池110にメモリ効果が生じても、このメモリ効果を解消できる。その他、上記実施形態1,2または参考形態1,2のいずれかと同様な部分は、上記実施形態1,2または参考形態1,2のいずれかと同様な作用効果を奏する。
(実施形態4)
次いで、第4の実施の形態について説明する。本実施形態4の電池システム106及びこれを搭載したプラグインハイブリッドカー206では、上限SOCを解除して組電池110を充電することも可能な点が、上記実施形態2及び参考形態2の電池システム103,104及びプラグインハイブリッドカー203,204と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態2等と同様であるので、上記実施形態2等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態4では、上記実施形態3の上限電気量Daを直接的に設定する代わりに、上限電気量Daに対応する指標として上限SOCを用いる。即ち、図7のステップS33においては、設定された上限電気量Daを解除する代わりに、設定された上限SOCを解除する。また、図7のステップS36〜ステップS39においては、上限電気量Daを直接的に設定する代わりに、上限電気量Daに対応する指標として上限SOCを設定し、この上限SOCを上限として、組電池110の充電を行う。つまり、上記実施形態2で述べたステップS21〜ステップS24(図6参照)を行う。
本実施形態4では、ステップS33〜ステップS35を実行しているECU126が、前述の上限SOC解除手段に相当し、また、上限電気量解除手段にも相当する。また、ステップS36及びステップS37を実行しているECU126が、前述の上限SOC設定手段及び上限電気量設定手段に相当し、ステップS38及びステップS39を実行しているECU126が、前述の充電手段に相当する。
以上で説明したように、本実施形態4の電池システム106及びプラグインハイブリッドカー206では、上限SOCを上限とすることなく、上限SOCを超えて組電池110を充電することも可能である。このため、ヒータやエアコンを使用するなど、予め消費電力が大きくなると想定される場合などでも、走行可能距離を十分に確保できる。
なお、組電池110にメモリ効果の生じる二次電池を用いる場合には、充放電の繰り返しにより、メモリ効果によって組電池110に充放電できる電気量Dが減少することがある。これに対し、本実施形態4の電池システム106では、上限SOCを超えて組電池110を充電することが可能なため、例えば一旦SOC0%まで放電させた後にSOC100%まで充電することにより、組電池110をリフレッシュすることができる。このため、組電池110にメモリ効果が生じても、このメモリ効果を解消できる。その他、上記実施形態1〜3または参考形態1,2のいずれかと同様な部分は、上記実施形態1〜3または参考形態1,2のいずれかと同様な作用効果を奏する。
以上において、本発明を実施形態1〜4に即して説明したが、本発明は上述の実施形態1〜4に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態1〜4及び参考形態1,2では、二次電池として、リチウム二次電池からなる組電池を例示したが、例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の他の種類の二次電池にも、本発明を適用できる。
また、上記実施形態1〜4及び参考形態1,2では、プラグイン充電を行う際に、その時点における組電池110の劣化具合を判定して、上限電気量Daや上限SOCを設定し、これらを上限として組電池110の充電を行っている。しかし、プラグイン充電を行う以前に設定した最新の上限電気量Daや上限SOC(例えば1ヶ月毎に定期的に設定し更新した上限電気量Daや上限SOC)を用いて、プラグイン充電を行うようにしてもよい。
100,102,103,104,105,106 電池システム
110 組電池(二次電池)
120,122,123,124,125,126 ECU
130 インバータ
140 AC−DCコンバータ
150 ケーブル
160 プラグ付きケーブル
200,202,203,204,205,206 プラグインハイブリッドカー(電池システム搭載車両)
210 車体
220 エンジン
230 フロントモータ
240 リアモータ
XV 外部電源

Claims (10)

  1. 二次電池を備え、この二次電池による電気エネルギを動力源に使用する電池システムであって、
    前記二次電池から取り出し得る電気量の上限である上限電気量を、満充電状態の前記二次電池から取り出し得る電気量である満充電電気量よりも低く設定する上限電気量設定手段であって、
    前記二次電池の劣化が進行するほど、前記満充電電気量と前記上限電気量との差が小さくなる値に、前記上限電気量を設定し、かつ、前記上限電気量を、前記二次電池の劣化による前記満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させる上限電気量設定手段と、
    前記二次電池を充電する際に、前記上限電気量を上限として、前記二次電池を充電する充電手段と、を備える
    電池システム。
  2. 請求項1に記載の電池システムであって、
    前記上限電気量を上限とすることなく、前記上限電気量を超えて前記二次電池を充電可能とする上限電気量解除手段を更に備える
    電池システム。
  3. 請求項2に記載の電池システムであって、
    前記二次電池が、メモリ効果の生じる特性を有する
    電池システム。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電池システムを搭載した電池システム搭載車両。
  5. 請求項4に記載の電池システム搭載車両であって、
    前記電池システム搭載車両は、外部電源に接続して前記二次電池を充電可能なプラグイン車両であり、
    前記外部電源によるプラグイン充電を行う際に、前記上限電気量設定手段により、その時点における前記二次電池の劣化具合に応じて、前記上限電気量を設定する
    電池システム搭載車両。
  6. 二次電池を備え、この二次電池による電気エネルギを動力源に使用する電池システムであって、
    SOC100%よりも小さい上限SOCを設定する上限SOC設定手段であって、前記二次電池の劣化が進行するほど、前記上限SOCを大きい値に設定し、かつ、前記上限SOCの前記二次電池から取り出し得る電気量を、前記二次電池の劣化による、満充電状態の前記二次電池から取り出し得る電気量である満充電電気量の低下に比して緩やかに低下させる上限SOC設定手段と、
    前記二次電池を充電する際に、前記上限SOCを上限として、前記二次電池を充電する充電手段と、を備える
    電池システム。
  7. 請求項6に記載の電池システムであって、
    前記上限SOCを上限とすることなく、前記上限SOCを超えて前記二次電池を充電可能とする上限SOC解除手段を更に備える
    電池システム。
  8. 請求項7に記載の電池システムであって、
    前記二次電池が、メモリ効果の生じる特性を有する
    電池システム。
  9. 請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載の電池システムを搭載した電池システム搭載車両。
  10. 請求項9に記載の電池システム搭載車両であって、
    前記電池システム搭載車両は、外部電源に接続して前記二次電池を充電可能なプラグイン車両であり、
    前記外部電源によるプラグイン充電を行う際に、前記上限SOC設定手段により、その時点における前記二次電池の劣化具合に応じて、前記上限SOCを設定する
    電池システム搭載車両。
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