JP7470307B2 - 車両のバッテリ制御システム - Google Patents

Description

本開示は、車両のバッテリ制御システムに関する。

特許文献１には、バッテリモジュールを構成する第１バッテリパック及び第２バッテリパックと、駆動用モータと、を備える電気自動車が開示されている。第１バッテリパックと第２バッテリパックとは互いに並列に接続され、第１バッテリパック及び第２バッテリパックと駆動用モータとの間には、第１コンタクタ及び第２コンタクタが介在する。

特開２０２０－１６７８６４号公報

バッテリパックには使用に好適な動作温度範囲が存在し、動作温度範囲よりも低い温度での使用はバッテリ能力の低下や短命化を招くため、動作温度範囲よりも低い温度での長時間の使用は好ましくない。しかし、車両が低温下で長時間停車され、バッテリパックの温度が動作温度範囲よりも大きく低下すると、車両の始動後において、バッテリパックが動作温度範囲に達するまでに時間を要するおそれがある。

そこで本開示は、負荷に対して並列に接続される複数のバッテリパックを備えた車両において、負荷への電力供給開始後に、電力を供給している低温のバッテリパックを効率良く昇温させることが可能なバッテリ制御システムの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本開示の第１の態様は、複数のバッテリパックを備えるバッテリモジュールが搭載され、複数のバッテリパックが負荷に対して並列に接続される車両のバッテリ制御システムであって、バッテリ断接部と、温度判定部と、バッテリ断接制御部とを備える。

バッテリ断接部は、バッテリモジュールと負荷との間に介在し、複数のバッテリパックの各々と負荷とを個別に接続及び切断可能に構成される。温度判定部は、バッテリパックの温度が所定の最低閾値温度以上であるか否かを判定する。バッテリ断接制御部は、複数のバッテリパックの全ての温度が最低閾値温度以上であると温度判定部が判定した場合は、第１所定数のバッテリパックを負荷に接続するようにバッテリ断接部を制御し、複数のバッテリパックの全ての温度が最低閾値温度未満であると温度判定部が判定した場合は、第１所定数よりも少ない第２所定数のバッテリパックを負荷に接続するようにバッテリ断接部を制御する。バッテリ断接制御部は、第２所定数のバッテリパックを負荷に接続する場合、温度の高いバッテリパックを優先して接続する。

本開示の第２の態様は、第１の態様のバッテリ制御システムであって、第２所定数は、車両の走行のために必要なバッテリパックの最小数以上である。

本開示のバッテリ制御システムによれば、負荷に対して並列に接続される複数のバッテリパックを備えた車両において、負荷への電力供給開始後に、電力を供給している低温のバッテリパックを効率良く昇温させることができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリモジュールを搭載した車両を模式的に示す側面図である。 図１の実施形態のバッテリ制御システムを示すブロック図である。 電流制御処理を示すフローチャートである。 バッテリパックの断接制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態のバッテリ制御システムは、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に設けられる。

図１に示すように、車両には複数（本実施形態では３つ）のバッテリパック２が搭載される。複数のバッテリパック２は、バッテリモジュール１を構成する。なお、図１ではトラックにバッテリモジュール１を搭載した例を図示しているが、車両はトラックに限定されない。

バッテリ制御システムは、図２に示すように、バッテリモジュール１と、バッテリ断接部３と、負荷４と、バッテリ制御装置１０と、を備える。

複数のバッテリパック２は、負荷４に対して並列に接続される。各バッテリパック２には、バッテリパック２の温度を検出する温度センサ５が設けられる。負荷４は、車両を推進させる駆動用モータ（図示省略）を含む。駆動用モータは、バッテリモジュール１から供給される電力によって駆動する。

バッテリ断接部３は、バッテリパック２と同数のコンタクタ６によって構成され、バッテリモジュール１と負荷４との間に介在する。コンタクタ６のオン／オフによって、複数のバッテリパック２の各々と負荷４とが個別に接続及び切断される。本実施形態では、全てのバッテリパック２が負荷４に接続された状態（全てのコンタクタ６がオン状態）を、バッテリ断接部３の標準接続パターン（通常状態）として説明する。

バッテリ制御装置１０は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び入出力回路等を備える。バッテリ制御装置１０は、予め記憶された制御プログラムを実行することにより、温度取得部１１、電圧取得部１２、上限電流算出部１３、電流制御部１４、温度判定部１５、及びバッテリ断接制御部１６として機能する。

温度取得部１１は、各バッテリパック２の温度を温度センサ５から逐次取得する。電圧取得部１２は、各バッテリパック２の端子間の電圧（バッテリパック２の電圧値）を電圧センサ（図示省略）から逐次取得する。

バッテリ制御装置１０には、バッテリパック２の温度と電圧値と上限電流値との対応関係を示す上限電流値情報（例えばマップ等）が記憶されている。上限電流値とは、バッテリパック２の保護等のために有効な上限の電流値であり、電圧値が一定の場合、温度が上昇するほど上限電流値は減少する。バッテリパック２には使用に好適な動作温度範囲が存在し、動作温度範囲よりも温度が上昇すると、上限電流値は顕著に減少する。上限電流値情報は、シミュレーション等によって予め求められ、バッテリ制御装置１０に記憶される。

上限電流算出部１３は、温度取得部１１が取得したバッテリパック２の温度と、電圧取得部１２が取得したバッテリパック２の電圧値と、上限電流値情報とを用いて、各バッテリパック２の上限電流値を個別に算出する。

電流制御部１４は、バッテリパック２の電流値を上限電流値以下に制御する。バッテリパック２は並列に接続されているため、バッテリモジュール１を流通する総電流値は、各バッテリパック２に均等に配分され、各バッテリパック２の電流値は等しい。電流制御部１４は、並列に接続されたバッテリパック２の各上限電流値のうち最小の上限電流値以下の電流が各バッテリパック２を流通するように、総電流値を制御する。

バッテリ制御装置１０には、バッテリパック２の最低閾値温度が記憶されている。最低閾値温度とは、バッテリパック２の動作温度範囲の下限よりも低く、バッテリパック２からの電力供給を開始した後、自己の内部抵抗によってバッテリパック２が昇温して動作温度範囲の下限に達するまでに長時間を要する可能性が高いバッテリパック２の温度である。最低閾値温度は、シミュレーション等によって予め求められ、バッテリ制御装置１０に記憶される。

温度判定部１５は、温度取得部１１が取得したバッテリパック２の全ての温度と最低閾値温度とを比較し、各温度が最低閾値温度以上であるか否かを判定する。係る判定は、バッテリモジュール１から負荷４への電力供給開始時に限って行ってもよく、常時（例えば、温度取得部１１が温度を取得する毎に都度）行ってもよい。

バッテリ断接制御部１６は、バッテリモジュール１から負荷４への電力供給開始時において、複数のバッテリパック２の全て（３つ）の温度が最低閾値温度以上であると温度判定部１５が判定した場合、及び複数のバッテリパック２の一部（１つ又は２つ）の温度が最低閾値温度未満であると温度判定部１５が判定した場合は、第１所定数のバッテリパック２を負荷４に接続するようにバッテリ断接部３を制御する。すなわち、最低閾値温度以上のバッテリパック２が１つ以上の場合は、第１所定数のバッテリパック２を接続する。

一方、バッテリ断接制御部１６は、複数のバッテリパック２の全ての温度が最低閾値温度未満であると温度判定部１５が判定した場合は、第１所定数よりも少ない第２所定数（第１所定数＞第２所定数）のバッテリパック２を負荷４に接続するようにバッテリ断接部３を制御する。バッテリ断接制御部１６は、第２所定数のバッテリパック２を接続する場合、温度の高いバッテリパック２を優先して接続する。

第２所定数には、車両の走行のために必要なバッテリパック２の最小数以上の数が設定される。第２所定数は、固定値であってもよく、車両の状態（例えば積載量など）に応じて都度算出して設定する変動値であってもよい。本実施形態では、第１所定数として通常接続パターンでの接続数である「３」が設定される。また、車両の走行のために必要なバッテリパック２の最小数は２つであり、第２所定数（固定値）として「２」が設定される。

次に、バッテリ制御装置１０が実行する電流制御処理及びバッテリパック２の断接制御処理について、図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。バッテリ制御装置１０は、バッテリモジュール１から負荷４へ電力が供給されている間、電流制御処理を繰り返して実行する。また、バッテリ制御装置１０は、バッテリモジュール１から負荷４への電力供給開始時（例えば車両の電源オン時）に、バッテリパック２の断接制御処理を実行する。なお、バッテリ制御装置１０は、全てのバッテリパック２の電圧値を取得するため、断接制御処理の前に全てのバッテリパック２を負荷４に接続する（断接部３を標準接続パターンに設定する）。

電流制御処理では、図３に示すように、３つのバッテリパック２の温度と電圧値とをそれぞれ取得し（ステップＳ１）、取得したバッテリパック２の温度及び電圧値と上限電流値情報とを用いて、各バッテリパック２の上限電流値を個別に算出する（ステップＳ２）。

３つのバッテリパック２の各上限電流値を算出すると、その中で最小の上限電流値以下の電流が各バッテリパック２を流通するように、バッテリモジュール１の総電流値を制御する。

断接制御処理では、図４に示すように、３つのバッテリパック２の温度を取得し（ステップＳ１１）、取得したバッテリパック２の温度が最低閾値温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

３つバッテリパック２のうち少なくとも１つの温度が最低閾値温度以上であると判定した場合、３つのバッテリパック２を負荷４に接続するようにバッテリ断接部３を制御する。一方、３つのバッテリパック２の全ての温度が最低閾値温度未満であると温度判定部１５が判定した場合、温度の高い２つのバッテリパック２を負荷４に接続するようにバッテリ断接部３を制御する。

本実施形態では、バッテリモジュール１から負荷４への電力供給開始時において、全てのバッテリパック２の温度が最低閾値温度未満である場合には、通常状態で接続される第１所定数（３つ）よりも少ない第２所定数（２つ）のバッテリパック２が負荷４に接続される。すなわち、バッテリパック２の接続数が３つから２つに減少する。バッテリパック２の接続数が３つの場合と２つの場合とを比較すると、２つの場合の方が３つの場合よりも各バッテリパック２を流通する電流が増大し、自己の内部抵抗による各バッテリパック２の昇温速度が速くなる。これにより、例えば、車両が低温下で長時間停車され、全てのバッテリパック２の温度が最低閾値温度未満に低下した場合、負荷４への電力供給開始後に、電力を供給している低温のバッテリパック２を効率良く昇温させることができ、係るバッテリパック２の温度が動作温度範囲に達するまでの時間を短縮することができる。

第２所定数が車両の走行のために必要なバッテリパック２の最小数以上であるので、バッテリパック２の接続数を減らした場合であっても、車両の最低限の走行を確保することができる。

また、バッテリパック２の一部を負荷に接続する場合、高温のバッテリパック２を優先して接続するので、低温のバッテリパック２を接続する場合よりも動作温度範囲に達するまでの時間を短縮することができる。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、３つのバッテリパック２がバッテリモジュール１を構成し、通常状態で３つ（全て）のバッテリパック２を負荷４に対して並列に接続する例を説明したが、バッテリモジュール１を構成するバッテリパック２の数は上記に限定されず、複数であればよい。また、通常状態で一部のバッテリパック２を負荷４に対して接続してもよい。

本発明は、負荷に対して並列に接続される複数のバッテリパックを備える車両に適用可能である。

１：バッテリモジュール
２：バッテリパック
３：バッテリ断接部
４：負荷
５：温度センサ
６：コンタクタ
１０：バッテリ制御装置
１１：温度取得部
１２：電圧取得部
１３：上限電流算出部
１４：電流制御部
１５：温度判定部
１６：バッテリ断接制御部

Claims (2)

1. 複数のバッテリパックを備えるバッテリモジュールが搭載され、前記複数のバッテリパックが負荷に対して並列に接続される車両のバッテリ制御システムであって、
   前記バッテリモジュールと前記負荷との間に介在し、前記複数のバッテリパックの各々と前記負荷とを個別に接続及び切断可能なバッテリ断接部と、
   前記複数のバッテリパックの各々の温度が所定の最低閾値温度以上であるか否かを個々に判定する温度判定部と、
   前記複数のバッテリパックのうち少なくとも１つの温度が前記最低閾値温度以上であると前記温度判定部が判定した場合は、第１所定数のバッテリパックを前記負荷に接続するように前記バッテリ断接部を制御し、前記複数のバッテリパックの全ての温度が前記最低閾値温度未満であると前記温度判定部が判定した場合は、前記第１所定数よりも少ない第２所定数のバッテリパックを前記負荷に接続するように前記バッテリ断接部を制御するバッテリ断接制御部と、を備え、
   前記バッテリ断接制御部は、前記第２所定数のバッテリパックを前記負荷に接続する場合、温度の高いバッテリパックを優先して接続する
   ことを特徴とする車両のバッテリ制御システム。
2. 請求項１に記載のバッテリ制御システムであって、
   前記第２所定数は、前記車両の走行のために必要なバッテリパックの最小数以上である
   ことを特徴とする車両のバッテリ制御システム。

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