JP6156006B2

JP6156006B2 - 電動車両用電池の選定方法および電動車両

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Publication number: JP6156006B2
Application number: JP2013192910A
Authority: JP
Inventors: 敏貴 ▲高▼橋
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: JP2015061369A

Description

本発明は、電動車両の動力源として用いられる電気モータに電力を供給する電池の選定方法に関する。

近年、ハイブリッド自動車、電気自動車など、動力源の少なくとも一部に電気モータを使用した車両（電動車両）が増えてきている。電動車両においては、電気モータに電力を供給する電池が必須であるため、近年の電動車両の普及拡大に伴って、従来型の車両に広く使用されてきた鉛蓄電池（鉛バッテリ）以外に、例えばリチウムイオン電池やキャパシタなど、様々な種類の電池が開発されて市販されている。

例えば、下記特許文献１には、電動車両用の電池として、出力密度の大きい鉛蓄電池（パワー電池）と、エネルギー密度の大きいリチウムイオン電池（エネルギー電池）とを並列に接続したものを使用することが開示されている。

特開２０１１−２５０６８６号公報

ここで、電動車両に求められる走行性能（車両要求出力、要求航続距離など）は車種によって様々に変わり得る。このため、それぞれの車種に対し、入手可能な限られた電池の中から、走行性能を過不足なく満足することのできる最適な電池を選定することは非常に困難である。電池が最適でない場合、全ての要求値を満足させるために電池の重量を増やす必要があり、そのことが車両重量の増大や燃費の悪化を招く要因となっていた。

なお、上記特許文献１のように、複数種類の電池を組み合わせて使用する場合には、ある意味で電池性能が平均化されるので、場合によっては電池の軽量化につながることが期待される。しかしながら、上記特許文献１では、例えば数々の電池の中からどのような基準で電池の組合せを決定し、さらには電池重量の配分をどのように決定するかといった点について、具体的な言及は特になされていない。やみくもに電池を組み合わせても、やはり電池性能が過剰になることがあり、電池重量の増大や燃費の悪化を招くおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、できるだけ少ない重量で必要な性能を発揮することが可能な電動車両用の電池を選定することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、電動車両の動力源として用いられる電気モータに電力を供給する電池の選定方法であって、上記電気モータの出力の要求値である要求モータ出力と、上記電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量とを決定する第１のステップと、電池の出力密度とエネルギー密度とをパラメータとする２次元の電池性能マップ上で、上記要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との比に一致する一定の傾きをもった直線を要求Ｐ／Ｅラインとして設定する第２のステップと、上記電気モータを駆動し得る複数の候補電池のうち、上記要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きいものをパワー電池、上記要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きいものをエネルギー電池とした場合に、上記パワー電池の中から特定の第１電池を選ぶとともに上記エネルギー電池の中から特定の第２電池を選び、これら第１、第２電池を並列に組み合わせて車両に搭載する第３のステップとを含み、上記第３のステップでは、上記電池性能マップ上で上記パワー電池の各プロットと上記エネルギー電池の各プロットとを結んだ直線が上記要求Ｐ／Ｅラインと交差する交点が最も原点から離れることになる特定のパワー電池およびエネルギー電池を選び、選んだパワー電池およびエネルギー電池をそれぞれ上記第１電池および第２電池として車両に搭載する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との比に基づき設定される要求Ｐ／Ｅラインを基準に、出力密度の大きいパワー電池とエネルギー密度の大きいエネルギー電池とに分類して、それぞれの電池を並列に組み合わせて使用するため、後の実施形態において詳しく説明するように、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との双方を満足させるのに必要な電池の総重量を低減することができる。このため、車両の製造コストを低減でき、さらには燃費性能を向上させることができる。

特に、本発明では、上記パワー電池の各プロットと上記エネルギー電池の各プロットとを結んだ直線が要求Ｐ／Ｅラインと交差する交点が最も原点から離れることになる特定のパワー電池およびエネルギー電池が選ばれるので、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との双方を最小限の電池重量で満足することができ、車両のコストダウンと低燃費化とを十分に図ることができる。

ここで、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との比によっては、要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい電池（パワー電池）が存在しないことがあり得るし、また、要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい電池（エネルギー電池）が存在しないこともあり得る。このような場合には、上述の方法で電池を選定することができないので、次のような方法で電池を選定するとよい。

すなわち、本発明において、上記要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の小さい候補電池しか存在しないためにパワー電池に分類できる候補電池が存在しない場合には、上記エネルギー電池を単独で車両に搭載する（請求項２）。

また、上記要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の小さい候補電池しか存在しないためにエネルギー電池に分類できる候補電池が存在しない場合には、上記パワー電池を単独で車両に搭載する（請求項３）。

また、本発明は、上述の方法により選定された電池と、当該電池から電力の供給を受ける電気モータと、当該電気モータにより駆動される車輪とを備えた電動車両である（請求項４）。

本発明によれば、車両に搭載される電池の重量が小さく済むので、低コストで燃費性能に優れた車両を実現することができる。

上記の電動車両において、具体的な電池の搭載例は種々考えられるが、例えば、次のような態様で電池を搭載することが好適である。すなわち、上記電池として、出力密度が３８０±３８Ｗ／ｋｇでエネルギー密度が１００±１０Ｗｈ／ｋｇのパワー電池と、出力密度が５０±５Ｗ／ｋｇでエネルギー密度が２４０±２４Ｗｈ／ｋｇのエネルギー電池とを並列に組み合わせて搭載し、かつモータ出力を５０ｋＷに、電池エネルギー容量を３０ｋＷｈに設定する（請求項５）。

以上説明したように、本発明の電動車両用電池の選定方法によれば、できるだけ少ない重量で必要な性能を発揮することが可能な電池を選定することができる。

本発明の電池の選定方法によって選定された電池を搭載した電動車両の構成例を概略的に示す説明図である。従来の電池の選定方法の問題点を説明するための図である。本発明の実施形態において採用される電池の選定方法の手順を示すフローチャートである。上記選定方法において用いられる電池性能マップを示す図である。候補電池が全てエネルギー電池であった場合の選定方法を説明するための図である。候補電池が全てパワー電池であった場合の選定方法を説明するための図である。

（Ａ）電動車両の構成
図１は、本発明の電池の選定方法によって選定された電池を搭載した電動車両の構成例を概略的に示す説明図である。本図に示される電動車両は、電気エネルギーのみによって走行する（内燃機関を併用しない）いわゆる電気自動車であり、車輪５を駆動する電気モータ４と、電気モータ４に電力を供給する第１電池１および第２電池２と、各電池１，２から電気モータ４への電力の供給を制御する電力制御部３とを備えている。

第１電池１および第２電池２は、互いに特性の異なる電池であり、並列に接続された状態で車両に搭載されている。具体的に、第１電池１と第２電池２とを比較すると、第２電池２は第１電池１よりも出力密度が小さくかつエネルギー密度が大きい。言い換えると、第１電池１の出力密度は第２電池２よりも大きく、第２電池２のエネルギー密度は第１電池１よりも大きい。なお、出力密度とは、単位重量あたりの電力のことを指し、単位はＷ／ｋｇである。また、エネルギー密度とは、単位重量あたりの電力量のこと指し、単位はＷｈ／ｋｇである。

上記のように、出力密度が相対的に大きい第１電池１は、高出力を発揮することを重視した電池であり、本明細書では、このようなタイプの電池をパワー電池（図１ではＰ電池と記載）という。また、エネルギー密度が相対的に大きい第２電池２は、充電容量の確保を重視した電池であり、本明細書では、このようなタイプの電池をエネルギー電池（図１ではＥ電池と記載）という。

（Ｂ）電池の選定方法
次に、図１に示した第１電池１および第２電池２として最適な電池を選定する方法について説明する。

＜背景＞
電動車両の設計にあっては、まず、電気モータの最大出力をいくらにするかという要求モータ出力（Ｗ）と、電気モータに電力を供給する電池のエネルギー容量をいくらにするかという要求電池エネルギー容量（Ｗｈ）とが決定され、この２種類の要求値に基づいて電池が選定される。なお、当実施形態のような電気自動車の場合、走行用の動力源は電気モータだけであるから、要求モータ出力は、車両に求められる走行性能を実現するために車輪に与えるべき出力（車両要求出力）と実質的に同じ値となる。また、要求電池エネルギー容量は、車両の航続可能距離をいくらにするかという要求航続距離から求められる。

電池を選定する際には、上記要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との双方を過不足なく満足する１種類の電池を選定するのが理想的である。しかしながら、現実には、そのような電池はまず市場に存在しないので、上記２つの要求値のうちいずれかを上回る過剰性能の電池を選定せざるを得ないことがほとんどである。

図２は、上記のような事情を説明するためのグラフである。本グラフの横軸は電池のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）を、縦軸は電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）を表している。また、本グラフにおいて、「要求Ｐ／Ｅライン」とは、上記要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との比に一致する一定の傾きをもった直線である。また、「ＢＩＣライン」とは、当該ラインよりも出力密度およびエネルギー密度の双方が高い電池が現時点で存在しないことを示す限界ラインであり、現存する各種電池の性能をグラフ上にプロットした場合の各プロットの分布から求めることができる（注：ＢＩＣとは“ＢｅｓｔｉｎＣｌａｓｓ”の略）。

ここで、上記要求Ｐ／ＥラインとＢＩＣラインとが交差するポイントに一致する性能を有する電池が仮に存在したとして、これをＡ０としてプロットする。そして、このＡ０で表される電池を「仮想最適電池」という。このような性能の仮想最適電池Ａ０が仮に存在していれば、上述した要求モータ出力と要求電池エネルギー容量とを、当該電池Ａ０を単独で用いることで過不足なく満足でき、しかも電池の重量を最小限に抑えることができる。その理由は次のとおりである。

上記仮想最適電池Ａ０のプロット（白丸）は、図示のとおり要求Ｐ／Ｅライン上に存在しているので、この仮想最適電池Ａ０の出力密度とエネルギー密度との比は、上記要求Ｐ／Ｅラインの傾きと一致するはずである。このため、仮想最適電池Ａ０の出力密度およびエネルギー密度と、要求モータ出力および要求航続距離との関係は、下記の式（１）によって表現することができる。

［数１］
Ｄ_P／Ｄ_E＝Ｐ／Ｅ・・・（１）
ここに、
Ｄ_P：仮想最適電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）
Ｄ_E：仮想最適電池のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）
Ｐ：要求モータ出力（Ｗ）＝車両要求出力（Ｗ）
Ｅ：要求電池エネルギー容量（Ｗｈ）∝要求航続距離（ｋｍ）である。

さらに、上記式（１）を変形することにより、

［数２］
Ｅ／Ｄ_E＝Ｐ／Ｄ_P ・・・（２）
が得られる。

上記式（２）の左辺と右辺の単位は、それぞれ「ｋｇ」である。つまり、式（２）の左辺（Ｅ／Ｄ_E）は、要求電池エネルギー容量Ｅを満たすことのできる電池の重量（ｋｇ）に相当し、右辺（Ｐ／Ｄ_P）は、要求モータ出力Ｐを満たすことのできる電池の重量（ｋｇ）に相当する。上記のように右辺と左辺が等しいということは、１種類の電池を用いることで、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの両方を過不足なく満足できることを意味する。

上記式（２）のような関係が成り立つのは、上記要求Ｐ／ＥラインとＢＩＣラインとが交差するポイントに一致する性能を有した理想的な電池（仮想最適電池Ａ０）が存在すると仮定したからである。ところが現実には、そのような電池が存在することはほとんどない。そこで、このような場合には、最も近い性能をもった電池を用いることになる。図２では、仮想最適電池Ａ０の性能に最も近い性能を有した候補電池をＡ１として示している。この候補電池Ａ１のエネルギー密度をＸ、出力密度をＹとすると、要求電池エネルギー容量Ｅを満たすのに必要な候補電池Ａ１の重量はＥ／Ｘ（ｋｇ）であり、要求モータ出力Ｐを満たすのに必要な候補電池Ａ１の重量はＰ／Ｙ（ｋｇ）となる。

ここで、図２によれば、Ｘ＜Ｄ_E、Ｙ＞Ｄ_P、の関係が成り立つから、要求電池エネルギー容量Ｅを満たすのに必要な候補電池Ａ１の重量（Ｅ／Ｘ）は、仮想最適電池Ａ０の重量（Ｅ／Ｄ_E＝Ｐ／Ｄ_P）よりも大きく、要求モータ出力Ｐを満たすのに必要な候補電池Ａ１の重量（Ｐ／Ｙ）は、仮想最適電池Ａ０の重量（Ｅ／Ｄ_E＝Ｐ／Ｄ_P）よりも小さくなる。このため、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅの双方を満足するのに必要な候補電池Ａ１の重量としては、結局、大きいほうの重量（Ｅ／Ｘ）となり、仮想最適電池Ａ０の重量よりも大きくなってしまう。

＜当実施形態の選定方法＞
上記のような問題に対し、本願発明者は、鋭意研究の結果、Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい電池とＰ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい電池とをうまく組み合わせて使用すれば、仮想最適電池Ａ０のような適当な電池が存在しなくても、電池の総重量を軽くできることを見出した。以下に、使用すべき電池の組合せを決定する選定方法について詳しく説明する。

図３は、電池を選定する手順を示したフローチャートである。本図に示すように、電池を選定するにあたっては、まず、要求モータ出力Ｐおよび要求電池エネルギー容量Ｅを決定する（ステップＳ１）。既に説明したとおり、これらの要求値は、実現したい車両の走行性能（車両要求出力、要求航続距離）から自ずと定まる値である。

ここでは、一例として、
要求モータ出力Ｐ：５０ｋＷ＠−３０℃１０ｓｅｃ
要求電池エネルギー容量Ｅ：３０ｋＷｈ
であるものとする。

なお、要求モータ出力Ｐの単位「Ｗ／ｋｇ＠−３０℃１０ｓｅｃ」とは、電池を−３０℃下で１０秒間放電させた場合の平均の出力密度を意味する。また、要求電池エネルギー容量Ｅ＝３０ｋＷｈとは、車両の航続可能距離を３００ｋｍにするという要求から定められたものである。

次に、選定の対象となり得る複数の候補電池の性能を、電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）とエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）とをパラメータとする２次元のグラフにプロットした電池性能マップを作成する（ステップＳ２）。図４に、作成された電池性能マップの一例を示す。この図４の電池性能マップでは、先の図２と同じく、横軸がエネルギー密度、縦軸が出力密度とされている。ただし、縦軸の出力密度の単位としては、上記要求モータ出力Ｐに合わせて、電池を−３０℃下で１０秒間放電させた場合の平均の出力密度である（Ｗ／ｋｇ＠−３０℃１０ｓｅｃ）を採用している。このように、温度と放電時間を特定しているのは、これらの条件によって電池の出力密度が変化するからである。よって、異なる条件下の出力密度を縦軸に設定すれば、図３とは異なるプロットの分布となる。どのような条件下の出力密度を設定するかは、求める性能に応じて適宜変更すればよい。これに対し、横軸のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）は環境条件とは関係ないので、１つの電池に対して１つの値が定まる。

図４の電池性能マップ上にＢ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄとして表記された各プロット、およびこれと同類の黒丸印の各プロットは、その１つ１つが各候補電池の性能を示している。プロットの対象となる候補電池としては、少なくとも車両の電気モータ４（図１）を駆動する出力を発揮できかつ車両の製造時に入手可能なものであればよい。典型的にはリチウムイオン電池が候補となることが多いが、金属空気電池やキャパシタなど、他の種類の電池であってもよい。

次に、上記ステップＳ１で決定した要求モータ出力Ｐおよび要求電池エネルギー容量Ｅの各値から、両者の比（Ｐ／Ｅ）を求め、その比と一致する一定の傾きをもった要求Ｐ／Ｅラインを、図４の電池性能マップ上に設定する（ステップＳ３）。ここでは、上述したように、要求モータ出力Ｐが５０ｋＷ（＠−３０℃１０ｓｅｃ）、要求電池エネルギー容量Ｅが３０ｋＷｈであるから、要求Ｐ／Ｅラインは傾き１．６７（＝５０／３０）の直線となる。

次に、上記要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい候補電池、つまり要求Ｐ／Ｅラインよりもマップの左上側にプロットされる候補電池が存在するか否かを判定する（ステップＳ４）。さらに、上記要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい候補電池、つまり要求Ｐ／Ｅラインよりもマップの右下側にプロットされる候補電池が存在するか否かを判定する（ステップＳ５）。以下では、要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい候補電池を「パワー電池」、要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい候補電池を「エネルギー電池」という。図４のマップでいえば、候補電池Ｂ１，Ｂ２はパワー電池であり、候補電池Ｃ１，Ｃ２はエネルギー電池である。なお、候補電池Ｄは、要求Ｐ／Ｅライン上にプロットされているので、パワー電池にもエネルギー電池にも分類されない。

そして、上記ステップＳ４，Ｓ５でともにＹＥＳと判定されてパワー電池およびエネルギー電池の双方に分類される候補電池が存在することが確認された場合には、車両に搭載すべき電池として、パワー電池に分類される候補電池の中の１つと、エネルギー電池に分類される候補電池の中の１つとを選定する（ステップＳ６）。そして、ここで選定されたパワー電池およびエネルギー電池が、先に図１にて示された第１電池１および第２電池２として車両に搭載されることになる。すなわち、選定されたパワー電池を第１電池１、選定されたエネルギー電池を第２電池２として、これら第１電池１および第２電池２が並列に組み合わされて車両に搭載される。

ここで、上記ステップＳ６において、パワー電池とエネルギー電池との組合せをどのように決定するかについて詳しく説明する。ステップＳ６では、図４の電池性能マップ上で、パワー電池に分類される各候補電池のプロット（Ｂ１，Ｂ２など）と、エネルギー電池に分類される各候補電池のプロット（Ｃ１，Ｃ２など）とをそれぞれ直線で結び、それらの直線が上記要求Ｐ／Ｅラインと交差する交点を特定する。そして、当該交点が最もマップの原点Ｏから離れることになる特定のパワー電池とエネルギー電池との組合せを決定する。

図４の例では、パワー電池Ｂ１のプロットとエネルギー電池Ｃ１のプロットとを結んだ直線Ｌと、上記要求Ｐ／Ｅラインとが交差する交点Ｑが、最も原点Ｏから離れている。これに対し、他のどのパワー電池とエネルギー電池とを組み合わせても、上記要求Ｐ／Ｅラインとの交点が上記交点Ｑよりも原点Ｏから離れることはない。例えば、パワー電池Ｂ１の近傍に、パワー電池Ｂ１よりもわずかに出力密度の大きいパワー電池Ｂ２が存在しているので、このパワー電池Ｂ２と上記エネルギー電池Ｃ１とを組み合わせたと仮定する。このときに両電池のプロットどうしを結んだ直線をＬ’とすると、この直線Ｌ’と要求Ｐ／Ｅラインとの交点は、上記交点Ｑよりも原点Ｏに近くなっている。このことからも、パワー電池Ｂ１とエネルギー電池Ｃ１とを組み合わせた場合の交点Ｑが、最も原点Ｏから遠いことが理解される。このような事情により、図４の例においては、車両に搭載すべき電池（第１電池１および第２電池２）として、パワー電池Ｂ１とエネルギー電池Ｃ１との組合せが選定されることになる。

上記のようにして搭載すべき電池の組合せ（Ｂ１，Ｃ１）が決定されると、次に、搭載すべきパワー電池Ｂ１の重量とエネルギー電池Ｃ１の重量とをそれぞれ決定する（ステップＳ９）。

ここで、パワー電池Ｂ１のプロットとエネルギー電池Ｃ１のプロットとを結んだ直線Ｌは、パワー電池Ｂ１とエネルギー電池Ｃ１とを任意の重量比で並列に組み合わせた場合の性能を表すことになる。したがって、各電池Ｂ１，Ｃ１の重量比しだいで、上述した交点Ｑに対応する性能を実現することができる。交点Ｑは、要求Ｐ／Ｅライン上に一致する点であり、しかも電池性能の限界線であるＢＩＣラインよりも高性能な側（図中右上側）に位置しているので、上記交点Ｑに対応する性能を実現できれば、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとを最も軽い重量で満足することが可能になる。そこで、以下では、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとを同時に満足する性能（交点Ｑに対応する性能）を実現するために必要なパワー電池Ｂ１およびエネルギー電池Ｃ１の各重量を求める手順について説明する。

上記の重量を求めるには、下記の式（３）に示す連立方程式を解けばよい。

［数３］
ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＝Ｐ
ｃ・ｘ＋ｄ・ｙ＝Ｅ・・・（３）
ここに、
ａ：パワー電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）
ｂ：エネルギー電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）
ｃ：パワー電池のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）
ｄ：エネルギー電池のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）
ｘ：パワー電池の重量（ｋｇ）
ｙ：エネルギー電池の重量（ｋｇ）である。

具体的に、図４の例によると、選定されたパワー電池Ｂ１の出力密度は３８０±３８（Ｗ／ｋｇ）、エネルギー密度は１００±１０（Ｗｈ／ｋｇ）であり、選定されたエネルギー電池Ｃ１の出力密度は５０±５（Ｗ／ｋｇ）、エネルギー密度は２４０±２４（Ｗｈ／ｋｇ）である（「±」付き数値は公差を表す）。上記式（３）にこれを当てはめると、ａ＝３８０、ｃ＝１００、ｂ＝５０、ｄ＝２４０、となる。また、上記ステップＳ１で説明したように、ここでは、要求モータ出力Ｐが５０ｋＷ（＝５００００Ｗ）、要求電池エネルギー容量Ｅが３０ｋＷｈ（＝３００００Ｗｈ）である。

そこで、これらの値を代入して上記式（３）の連立方程式を解くと、その解は、パワー電池Ｂ１の重量ｘが１２２ｋｇ、エネルギー電池Ｃ１の重量ｙが７４ｋｇとなる。つまり、要求モータ出力Ｐに合致する５０ｋＷのモータ出力と、要求電池エネルギー容量Ｅに合致する３０ｋＷｈの電池エネルギー容量とを同時に実現するには、１２２ｋｇのパワー電池Ｂ１と７４ｋｇのエネルギー電池Ｃ１とを組み合わせればよいことが分かる。

以上のような選定の結果、ここでは、１２２ｋｇのパワー電池Ｂ１からなる第１電池１と、７４ｋｇのエネルギー電池Ｃ１からなる第２電池２とが、並列に組み合わされて車両に搭載されることになる（図１）。よって、車両に搭載されるトータルの電池の重量は、第１電池１の重量（１２２ｋｇ）と第２電池２の重量（７４ｋｇ）とを合計した値：１９６ｋｇとなる。

これに対し、例えばパワー電池Ｂ１を単独で用いた場合、あるいはエネルギー電池Ｃ１を単独で用いた場合には、上記組合せ時の重量（１９６ｋｇ）よりも重量を大きくしなければ、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの双方を満足することはできない。

例えば、パワー電池Ｂ１を単独で用いた場合、出力を５０ｋＷにするための電池重量は１３１ｋｇ（＝５００００／３８０）、エネルギー容量を３０ｋＷｈにするための電池重量は３００ｋｇ（＝３００００／１００）であるから、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの双方を満足するには、重い方の３００ｋｇの重量を採用する必要がある。

また、エネルギー電池Ｃ１を単独で用いた場合、出力を５０ｋＷにするための電池重量は１０００ｋｇ（＝５００００／５０）、エネルギー容量を３０ｋＷｈにするための電池重量は１２５ｋｇ（＝３００００／２４０）であるから、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの双方を満足するには、重い方の１０００ｋｇの重量を採用する必要がある。

このように、パワー電池Ｂ１およびエネルギー電池Ｃ１は、図４の電池性能マップにおいて要求Ｐ／Ｅラインから外れた位置にプロットされているので、各電池Ｂ１またはＣ１を単独で用いた場合には、要求モータ出力Ｐを満足するのに必要な重量と要求電池エネルギー容量Ｅを満足するのに必要な重量とにずれが生じ、結果として、両電池Ｂ１，Ｃ１を組み合わせた場合よりも大きな重量が必要とされる。上記電池Ｂ１，Ｃ１と同じくＢＩＣライン（性能の限界線）上にプロットされている電池Ｃ２についても、要求Ｐ／Ｅラインからは外れているので、やはり同じことがいえる。

一方、図４の電池Ｄについては、要求Ｐ／Ｅライン上にプロットされているので、この電池Ｄを単独で用いれば、上記のような必要重量のずれが生じることはない。しかしながら、上記パワー電池Ｂ１およびエネルギー電池Ｃ１との組合せにより得られる交点Ｑに比べれば、出力密度およびエネルギー密度の絶対値が小さいので、やはり、電池Ｂ１，Ｃ１の組合せよりも必要な重量は大きくなってしまう。

以上のように、図４の例では、パワー電池Ｂ１とエネルギー電池Ｃ１とを所定の重量配分（１２２ｋｇ：７４ｋｇ）で組み合わせて使用することにより、最も小さい重量で要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの双方を満足させ得ることが分かった。これにより、車両の重量が効果的に低減されるので、より優れた燃費性能を実現することが可能になる。

ここで、図４の例では、要求Ｐ／Ｅラインの両側にそれぞれ候補電池が存在していたので、候補電池をパワー電池とエネルギー電池との両方に分類することができたが、要求Ｐ／Ｅラインの傾き（要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの比）によっては、上記のような分類が不可能な場合がある。このような場合は、上述した図３のステップＳ４，Ｓ５の判定がＮＯとなり、それに伴って次のような電池の選定が行われる。

まず、上記ステップＳ４での判定がＮＯの場合、つまり要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい候補電池が存在しなかった場合について説明する。この場合の電池性能マップを簡略的に図５に示す。本図に示すように、要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい（マップの左上側に位置する）候補電池が存在しないということは、マップ上の候補電池は全てエネルギー電池に分類されることになる。したがって、この場合はエネルギー電池を単独で使用せざるを得ないので、重量が最も小さく済む特定の１つのエネルギー電池を、車両に搭載すべき電池として選定する（ステップＳ７）。

具体的には、要求Ｐ／Ｅラインにできるだけ近く、かつできるだけ出力密度の大きいエネルギー電池を使用すれば、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの双方を満足するのに必要な電池の重量を小さくすることができる。そこで、図５の例では、ＢＩＣライン上の最も左側にプロットされたエネルギー電池Ｆが選定され、この電池Ｆが単独で車両に搭載されることになる。

次に、上記ステップＳ５での判定がＮＯの場合、つまり要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい候補電池が存在しなかった場合について説明する。この場合の電池性能マップを簡略的に図６に示す。本図に示すように、要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい（マップの右下側に位置する）候補電池が存在しないということは、マップ上の候補電池は全てパワー電池に分類されることになる。したがって、この場合はパワー電池を単独で使用せざるを得ないので、重量が最も小さく済む特定の１つのパワー電池を、車両に搭載すべき電池として選定する（ステップＳ８）。

具体的には、要求Ｐ／Ｅラインにできるだけ近く、かつできるだけエネルギー密度の大きいパワー電池を使用すれば、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの双方を満足するのに必要な電池の重量を小さくすることができる。そこで、図６の例では、ＢＩＣライン上の最も右側にプロットされたパワー電池Ｇが選定され、この電池Ｇが単独で車両に搭載されることになる。

なお、上記実施形態では、電気モータ４の駆動力のみによって車輪５を駆動するいわゆる電気自動車を前提として本発明を説明したが、本発明は、動力源の少なくとも一部に電気モータが使用されている電動車両であれば、種々のタイプの車両に適用することができる。例えば、電気モータと内燃機関とを併用するハイブリッド自動車や、外部からの充電が可能ないわゆるプラグインハイブリッド自動車にも、本発明を好適に適用することができる。

１第１電池
２第２電池
４電気モータ

Claims

電動車両の動力源として用いられる電気モータに電力を供給する電池の選定方法であって、
上記電気モータの出力の要求値である要求モータ出力と、上記電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量とを決定する第１のステップと、
電池の出力密度とエネルギー密度とをパラメータとする２次元の電池性能マップ上で、上記要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との比に一致する一定の傾きをもった直線を要求Ｐ／Ｅラインとして設定する第２のステップと、
上記電気モータを駆動し得る複数の候補電池のうち、上記要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きいものをパワー電池、上記要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きいものをエネルギー電池とした場合に、上記パワー電池の中から特定の第１電池を選ぶとともに上記エネルギー電池の中から特定の第２電池を選び、これら第１、第２電池を並列に組み合わせて車両に搭載する第３のステップとを含み、
上記第３のステップでは、上記電池性能マップ上で上記パワー電池の各プロットと上記エネルギー電池の各プロットとを結んだ直線が上記要求Ｐ／Ｅラインと交差する交点が最も原点から離れることになる特定のパワー電池およびエネルギー電池を選び、選んだパワー電池およびエネルギー電池をそれぞれ上記第１電池および第２電池として車両に搭載する、ことを特徴とする電動車両用電池の選定方法。
請求項１に記載の電動車両用電池の選定方法において、
上記要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の小さい候補電池しか存在しないためにパワー電池に分類できる候補電池が存在しない場合には、上記エネルギー電池を単独で車両に搭載する、ことを特徴とする電動車両用電池の選定方法。
請求項１または２に記載の電動車両用電池の選定方法において、
上記要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の小さい候補電池しか存在しないためにエネルギー電池に分類できる候補電池が存在しない場合には、上記パワー電池を単独で車両に搭載する、ことを特徴とする電動車両用電池の選定方法。
請求項１〜３のいずれか１項の方法により選定された電池と、当該電池から電力の供給を受ける電気モータと、当該電気モータにより駆動される車輪とを備えた、ことを特徴とする電動車両。
請求項４に記載の電動車両において、
上記電池として、出力密度が３８０±３８Ｗ／ｋｇでエネルギー密度が１００±１０Ｗｈ／ｋｇのパワー電池と、出力密度が５０±５Ｗ／ｋｇでエネルギー密度が２４０±２４Ｗｈ／ｋｇのエネルギー電池とが並列に組み合わされて搭載され、かつモータ出力が５０ｋＷに、電池エネルギー容量が３０ｋＷｈに設定された、ことを特徴とする電動車両。