WO2024075250A1 - 車両 - Google Patents
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- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Definitions
- the present disclosure relates to a vehicle-driving power storage device in which an output-type battery group is connected in parallel with at least two capacity-type first and second batteries that have a higher capacity and lower output than the output-type battery group, a vehicle equipped with this vehicle-driving power storage device, a control method for this vehicle-driving power storage device, a computer program, and a recording medium, etc.
- Non-aqueous electrolyte secondary batteries (hereinafter simply referred to as “nonaqueous secondary batteries”) are known as examples of chargeable and dischargeable power storage devices mounted on vehicles.
- Lithium-ion secondary batteries an example of such non-aqueous secondary batteries, are being developed for use in vehicles because of their extremely high energy density. Batteries for use in vehicles are required to have high levels of high output and high capacity in order to handle a variety of driving conditions.
- Patent Documents 1 to 3 disclose vehicles equipped with a large-capacity storage device (also called a capacity-type battery set) that emphasizes capacity relatively, and a large-output storage device (also called an output-type battery set) that emphasizes output relatively, as on-board power sources.
- a large-capacity storage device also called a capacity-type battery set
- a large-output storage device also called an output-type battery set
- Patent Document 3 in particular proposes configuring the capacity-type battery set and the output-type battery set in parallel, and supplying power from the output-type battery set when a large driving force is required, for example, during acceleration or climbing a hill.
- the prior art including the above-mentioned patent documents does not yet satisfy market needs, and the following problems remain. That is, it is true that the on-board power storage systems disclosed in Patent Documents 1 to 3 can respond to various driving conditions by supplying power from the output-type battery group when high output is required for a load such as an electric motor. However, the on-board power storage systems disclosed in Patent Documents 1 to 3 still have a lot of room for improvement, for example, in a driving environment where acceleration is frequently repeated, the capacity of the output-type battery group decreases and runs out first.
- the present disclosure has been made in consideration of the above problem as an example, and aims to provide a vehicle drive power storage device in which a relatively high output battery and a relatively high capacity battery are connected in parallel to provide stable battery output, a vehicle equipped with this vehicle drive power storage device, a control method for this vehicle power storage device, a computer program, and a recording medium having the computer program recorded thereon.
- a vehicle including a vehicle-driving power storage device in which an output-type battery group and at least two capacity-type first and second battery groups, each having a higher capacity and lower output than the output-type battery group, are connected in parallel, a switch mechanism capable of switching the connection state of the vehicle-driving power storage device, a control device that controls charging and discharging of the vehicle-driving power storage device via the switch mechanism, and a load that is driven and controlled by the control device, in which the control device (a) preferentially supplies power to the load from the output-type battery group when the vehicle accelerates, and (b) when the speed of the vehicle is constant, supplies power from the capacity-type second battery group to the output-type battery group in parallel with supplying power from the capacity-type first battery group to the load.
- a vehicle including a vehicle-driving electricity storage device according to the present disclosure.
- a recording medium having recorded thereon a computer program applied to a vehicle driving power storage device in which an output-type battery group mounted on a vehicle and at least two capacity-type first battery group and capacity-type second battery group, each having a higher capacity and lower output than the output-type battery group, are connected in parallel, the recording medium having recorded thereon a computer program that causes one or more processors to execute processing including obtaining at least one of the speed and acceleration of the vehicle, preferentially supplying power from the output-type battery group to a load when the vehicle accelerates, and, when the speed of the vehicle is constant, supplying power from the capacity-type second battery group to the output-type battery group in parallel with supplying power from the capacity-type first battery group to the load.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a vehicle equipped with a vehicle-driving electricity storage device according to the present disclosure
- 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a vehicle driving electricity storage device according to an embodiment of the present disclosure.
- 4 is a schematic diagram showing a first connection pattern of the vehicle driving power storage device to a load.
- FIG. 11 is a schematic diagram showing a second connection pattern of the vehicle driving power storage device to a load.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing a third connection pattern of the vehicle driving power storage device to a load.
- FIG. 1 is a functional block diagram of a vehicle including a control device according to an embodiment of the present disclosure.
- 5 is a flowchart showing a control method for a vehicle driving power storage device executed by a control device according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a vehicle 200 equipped with an in-vehicle power storage system 100.
- BEV electric vehicle
- HEV hybrid electric vehicle
- the vehicle of this embodiment may be a hybrid electric vehicle (HEV) that further uses a known engine (internal combustion engine) in combination, or may be an electric vehicle equipped with another known power generation device such as a gas turbine.
- HEV hybrid electric vehicle
- the vehicle 200 of this embodiment is equipped with a load 60 that supplies driving force to the wheels 1, which are driving wheels, via a known power transmission mechanism 2 including a differential gear.
- a front-wheel drive vehicle (FWD) in which driving force is supplied from the load 60 to the front wheels of the wheels 1 is illustrated as an example, but this embodiment is not limited to the above form, and may also be a rear-wheel drive vehicle (RWD) in which the above driving force is supplied to the rear wheels, or an all-wheel drive vehicle (AWD) in which driving force is supplied to all wheels.
- the vehicle 200 of the present disclosure may be, in addition to the above, an in-wheel motor type electric vehicle in which an electric motor is mounted individually for each wheel 1, for example.
- the load 60 can be driven and controlled by, for example, a vehicle drive control device 70.
- the load 60 includes a known inverter 61 that receives power from the vehicle drive power storage device 30, and a known electric motor 62, such as an electric motor, that is connected to the inverter 61 and supplies driving force to the wheels 1.
- the load 60 of this embodiment is electrically connected to the vehicle drive power storage device 30 as an on-board power source via a switch mechanism 40 that can switch connection patterns.
- the vehicle drive energy storage device 30 is composed of an output-type battery set 10 that has a higher output and lower capacity than one of the battery sets, and at least two capacity-type battery sets 20 that are connected in parallel to the output-type battery set 10 and have a higher capacity and lower output than the output-type battery set 10.
- two pairs of non-aqueous secondary batteries lithium ion secondary batteries
- other well-known secondary batteries other than non-aqueous secondary batteries may be included, for example, one pair of lithium ion secondary batteries and the other pair of nickel-metal hydride batteries.
- the output type battery group 10 may be composed of one or more lithium ion secondary batteries connected in series, for example. Although a single battery is depicted in the figure, the output type battery group 10 may be composed of multiple single batteries (single cells) connected in series to obtain the voltage value required to drive the vehicle.
- An example of a lithium ion secondary battery suitable for such an output type battery group 10 is a known high-output type lithium ion secondary battery that uses lithium titanate for the negative electrode.
- the one or more lithium ion secondary batteries that make up the output type battery group 10 of this embodiment use lithium manganate as the positive electrode material and lithium titanate as the negative electrode material.
- the capacity type battery group 20 is connected in parallel with the output type battery group 10 and includes a capacity type first battery group 20A and a capacity type second battery group 20B that have a higher capacity and lower output than the output type battery group 10.
- the capacity type battery group 20 may have a configuration in which multiple batteries are connected in series to obtain the voltage value required to drive the vehicle.
- lithium ion secondary batteries suitable for such a capacity type battery group 20 include known lithium ion secondary batteries that use a carbon-based material for the negative electrode and known high-capacity lithium ion secondary batteries that use a ternary positive electrode material (nickel-cobalt-lithium manganese oxide) for the positive electrode.
- a ternary positive electrode material nickel-cobalt-lithium manganese oxide
- lithium iron phosphate and a ternary positive electrode nickel-cobalt-lithium manganese oxide
- a known carbon-based material may be used as the negative electrode material.
- the first capacity-type battery group 20A and the second capacity-type battery group 20B which are connected in parallel, are also connected in parallel to the output-type battery group 10 so that their electrical capacities are different.
- the capacity of the first capacity-type battery group 20A is configured to be at least larger (large capacity) than the capacity of the second capacity-type battery group 20B.
- the above-mentioned capacity-type second battery group 20B is configured to supply power exclusively to the output-type battery group 10 without supplying power to the load 60.
- the capacity-type second battery group 20B of this embodiment may be configured to function as a battery dedicated to charging the output-type battery group 10.
- the output type battery group 10 and the capacity type battery group 20 (the first capacity type battery group 20A and the second capacity type battery group 20B) constituting the vehicle driving electricity storage device 30 of this embodiment may have their terminal voltages adjusted so that their upper limit voltages are approximately equal.
- the number of batteries connected in series is adjusted so that their terminal voltages are the same.
- the above-mentioned lithium ion secondary batteries may be connected in series in different numbers in the output type battery group 10 and the capacity type battery group 20 so that the upper limit voltage is 300V.
- the switch mechanism 40 is configured to have a function of switching the connection state of the above-mentioned vehicle-driving electricity storage device 30.
- any known switch such as a semiconductor switch or a mechanical switch may be used as long as it exhibits the above-mentioned function.
- the switch mechanism 40 of this embodiment is configured to have a first function of electrically connecting at least one of the output type battery group 10 and the capacity type battery group 20 to the load 60.
- the switch mechanism 40 of this embodiment is configured to have a second function of electrically connecting the capacity type second battery group 20B to the output type battery group 10.
- the output type battery group 10 and the capacity type battery group 20 described above are connected to a known electric circuit EC which is connected to a load 60 via this switch mechanism 40 .
- First connection pattern> 3 shows a first connection pattern of the vehicle-driving electricity storage device 30 by the switch mechanism 40.
- the output-type battery group 10 is primarily connected to the load 60 of the vehicle 200.
- the switch mechanism 40 may also connect the first capacity-type battery group 20A to the load 60 as an auxiliary connection.
- the switch mechanism 40 can realize a configuration in which the output-type battery set 10 is connected solely to the load 60, a configuration in which the capacity-type first battery set 20A is connected solely to the load 60, and a configuration in which the output-type battery set 10 and the capacity-type first battery set 20A are connected in parallel to the load 60.
- Examples of driving environments in which such a first connection pattern is suitable include when the vehicle 200 is traveling while accelerating or decelerating significantly, or when the vehicle 200 is traveling at a relatively high speed on a highway.
- the switching criteria for the output-type battery group 10 and the first capacity-type battery group 20A with respect to the load 60 in the first connection pattern may be set appropriately according to the torque and fuel efficiency required for the vehicle 200.
- One example of such a switching criteria is to set the rated output value of the first capacity-type battery group 20A as a judgment threshold for switching, and when the required battery output exceeds this judgment threshold, the output-type battery group 10 is connected to the load 60, while when the required battery output falls below this judgment threshold, the first capacity-type battery group 20A is connected to the load 60. Even when connecting the output-type battery group 10 to the load 60 using such a judgment threshold, the first capacity-type battery group 20A may be used as an auxiliary to perform control for connecting in parallel to the load 60.
- Second connection pattern> 4 shows a second connection pattern of the vehicle-driving power storage device 30 by the switch mechanism 40.
- the first capacitive battery group 20A is connected to the load 60 of the vehicle 200 via an electric circuit EC.
- the switch mechanism 40 may execute control to connect the second capacitive battery group 20B to the output-type battery group 10 via a charging circuit CC to charge the output-type battery group 10.
- the switch mechanism 40 can realize a configuration in which the first capacity-type battery set 20A is connected solely to the load 60 to supply the necessary power to the load 60, and the second capacity-type battery set 20B is connected to the output-type battery set 10 to charge the output-type battery set 10.
- An example of a driving environment in which the second connection pattern is suitable is when the vehicle 200 is traveling at a substantially constant speed (constant speed) without requiring large acceleration or deceleration, such as when the vehicle 200 is traveling at a constant speed on a highway.
- Third connection pattern> 5 shows a third connection pattern of the vehicle-driving power storage device 30 by the switch mechanism 40. As is clear from the figure, in the third connection pattern, the vehicle-driving power storage device 30 is electrically disconnected from the load 60 of the vehicle 200, and the output-type battery group 10 and the capacity-type battery group 20 are electrically connected.
- the switch mechanism 40 can realize a configuration in which the output-type battery group 10, the first capacity-type battery group 20A, and the second capacity-type battery group 20B are connected in parallel to balance the voltages of the batteries so that they are equal to each other.
- the vehicle driving power storage device 30 passing through this third connection pattern, the occurrence of a battery with an extremely low voltage (i.e., a state in which the charging rate SOC is low) is suppressed, and it is possible to maintain, for example, the output-type battery group 10 in a state in which it can be used immediately.
- An example of a driving environment in which the third connection pattern is suitable is when the vehicle 200 is stopped and there is no need for the vehicle-driving power storage device 30 to supply power to the load 60 .
- the vehicle 200 continues to run at less than the rated output of the battery for a long time after accelerating a little, a favorable driving condition may arise in which the capacity of the output-type battery group 10 can be saved.
- the amount of power consumed when the vehicle 200 accelerates is relatively large, it can be assumed that there are many cases in which the charging rate of the output-type battery group 10 is lower than the charging rate of the first capacity-type battery group 20A.
- the in-vehicle storage system 100 of this embodiment by going through this third connection pattern, it is possible to equalize the voltage of the entire vehicle-driving storage device 30, and a stable battery output can be achieved even in a driving pattern with frequent acceleration or a driving pattern with long ups and downs.
- the in-vehicle power storage system 100 in this embodiment is configured to include the above-mentioned vehicle-driving power storage device 30, switch mechanism 40, and a battery control device 50 (also collectively referred to as a "control device” together with a vehicle drive control device 70 described later) that controls the switch mechanism 40.
- the battery control device 50 may be configured to have a function of monitoring the state of charge (SOC) of the above-mentioned vehicle-driving power storage device 30, a function of controlling charging and discharging of the above-mentioned vehicle-driving power storage device 30, and the like.
- Such a battery control device 50 is also called a BMU (battery management unit) and is configured with one or more processors, such as a CPU (Central Processing Unit), and one or more memories, such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory), communicatively connected to the processor.
- processors such as a CPU (Central Processing Unit)
- memories such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory), communicatively connected to the processor.
- the battery control device 50 functions as a device that controls the charging and discharging of the output type battery group 10 and the capacity type battery group 20 via the switch mechanism 40 by one or more processors executing a computer program.
- the computer program is a computer program that causes the processor to execute the operations to be performed by the battery control device 50, which will be described later.
- the computer program executed by the processor may be recorded on a recording medium that functions as a storage unit (memory) provided in the battery control device 50, or may be recorded on a recording medium built into the battery control device 50 or any recording medium that can be externally attached to the battery control device 50.
- recording media for recording computer programs may include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs (Compact Disk Read Only Memory), DVDs (Digital Versatile Disks), and Blu-ray (registered trademark), magnetic optical media such as floptical disks, memory elements such as RAMs and ROMs, flash memories such as USB (Universal Serial Bus) memories, SSDs (Solid State Drives), and other media capable of storing programs.
- magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes
- optical recording media such as CD-ROMs (Compact Disk Read Only Memory), DVDs (Digital Versatile Disks), and Blu-ray (registered trademark)
- magnetic optical media such as floptical disks
- memory elements such as RAMs and ROMs
- flash memories such as USB (Universal Serial Bus) memories
- SSDs Solid State Drives
- the battery control device 50 in this embodiment includes a processing unit 50A and a storage unit 50B.
- the processing unit 50A is configured by one or more processors such as the CPU described above, and includes a battery state value acquisition unit 51, an SOC monitoring unit 52, a switch control unit 53, and a display control unit 54, as illustrated in Fig. 6.
- Each unit included in the processing unit 50A is a function realized by the execution of a program by the processor described above.
- a part of the battery state value acquisition unit 51, the SOC monitoring unit 52, the switch control unit 53, and the display control unit 54 may be configured by a known analog circuit.
- the processing unit 50A may be configured to be able to communicate with a vehicle drive control device 70 configured with other known ECUs mounted on the vehicle.
- the vehicle drive control device 70 may have a function to control the drive of the battery control device 50 of this embodiment based on the detection values of known vehicle state sensors including, for example, a vehicle speed sensor 72d, and further an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a steering angle sensor, an accelerator pedal sensor, and a brake pedal sensor, each of which is not shown.
- the processing unit 50A may also be configured to be able to communicate information with a known external network NET such as the Internet via a known on-board communication device 71.
- a known external network NET such as the Internet
- the storage unit 50B may be configured to include a known memory MR, such as a RAM, that temporarily stores information, and a known recording device RD, such as a hard disk HDD or SSD, that can store programs, etc.
- the storage unit 50B of this embodiment may store programs executed by the processing unit 50A, various parameters used in executing the programs, acquired data, data of calculation results, etc.
- the battery state value acquisition unit 51, SOC monitoring unit 52, switch control unit 53, and display control unit 54 in the processing unit 50A are described below.
- the battery state value acquisition unit 51 can execute a process of acquiring state values (specifically, information related to current values and voltage values) of the vehicle-driving power storage device 30 mounted on the vehicle 200. Specifically, the battery state value acquisition unit 51 has a function of detecting state values (voltage values and current values) of the vehicle-driving power storage device 30 in the vehicle 200 that is traveling or stopped, via a known current sensor 72a and a known voltage sensor 72b provided in the vehicle-driving power storage device 30.
- the SOC monitoring unit 52 monitors the SOC ( The specific method of detecting the SOC by the SOC monitoring unit 52 is not particularly limited as long as it does not deviate from the spirit of the present embodiment. Various known SOC estimation techniques, such as those described in US Pat. No. 5,992,333 and International Publication WO2019/193471, may be applied.
- the switch control unit 53 executes a process of switching the above-mentioned connection pattern of the vehicle-driving power storage device 30 to the above-mentioned load 60.
- the switch control unit 53 may execute a process of switching, via the above-mentioned switch mechanism 40, among the first connection pattern exemplified in Fig. 3, the second connection pattern exemplified in Fig. 4, and the third connection pattern exemplified in Fig. 5.
- the switch control unit 53 can apply the first connection pattern to the load 60 to preferentially supply power from the output type battery group 10. Furthermore, when the vehicle 200 decelerates, the switch control unit 53 can apply the first connection pattern to the load 60 to electrically connect the output type battery group 10 and the load 60. Note that the switch control unit 53 may determine whether the vehicle 200 is accelerating by, for example, a known calculation method based on the vehicle speed value acquired from the above-mentioned vehicle speed sensor 72d, or based on the vehicle acceleration value acquired from the above-mentioned acceleration sensor.
- the switch control unit 53 applies the second connection pattern described above, and can supply power from the capacity-type second battery group 20B to the output-type battery group 10 in parallel with supplying power from the capacity-type first battery group 20A to the load 60.
- the switch control unit 53 can apply the third connection pattern described above and perform balance control of the voltages of the output type battery group 10, the first capacity type battery group 20A, and the second capacity type battery group 20B. At this time, the switch control unit 53 can perform control to supply power to the output type battery group 10 and charge the output type battery group 10 without supplying power from the second capacity type battery group 20B to the load 60.
- the switch control unit 53 may also perform control to supply power from the output type battery group 10 to the load 60, without supplying power from the first capacitive battery group 20A to the load 60, based on the battery temperatures detected from the first capacitive battery group 20A and the second capacitive battery group 20B. More specifically, when power is being supplied from the first capacitive battery group 20A to the load 60 based on the second connection pattern described above, if constant speed driving continues for a long period of time, for example, during high-speed driving, it is expected that the battery temperature of the capacitive battery group 20 will become high.
- the switch control unit 53 switches from the second connection pattern to the first connection pattern, and temporarily supplies power to the load 60 from the output type battery group 10 without supplying power from the capacity type first battery group 20A, thereby suppressing deterioration of the capacity type battery group 20.
- the battery temperatures in the output type battery group 10 and the capacity type battery group 20 can be detected based on a known battery temperature sensor 72e mounted on each battery group (see FIG. 2).
- the display control unit 54 executes a process of displaying various information such as the connection state of the vehicle-driving power storage device 30 to the load 60 on the display device 73.
- the display device 73 in this embodiment may be, for example, a known in-vehicle display.
- the display control unit 54 may audibly display the various information on a speaker mounted in the vehicle, or may display the information on an external terminal such as a smartphone carried by the occupant.
- the computer program for implementing each function of the processing unit 50A described above is a computer program applied to a vehicle drive power storage device in which an output-type battery group mounted on a vehicle and at least two capacity-type first and second batteries having higher capacity and lower output than the output-type battery group are connected in parallel, and causes one or more processors to execute processes including obtaining at least one of the speed and acceleration of the vehicle, preferentially supplying power from the output-type battery group to a load when the vehicle accelerates, and supplying power from the capacity-type second battery to the output-type battery in parallel with supplying power from the capacity-type first battery group to the load when the vehicle speed is constant.
- a computer program may be in a form stored in a publicly known recording medium described above, or may be in a form downloaded to the vehicle 200 from a publicly known server such as the cloud.
- the vehicle 200 of the present embodiment may further include a vehicle drive control device 70 that cooperates with the battery control device 50 described above to control the load 60, the generator described above, and the like.
- a vehicle drive control device 70 is configured to have a function of controlling the drive of the vehicle 200 based on, for example, state information of the vehicle 200 detected by sensors 72 mounted on the vehicle 200.
- the vehicle drive control device 70 is configured to include, for example, one or more processors such as a CPU (Central Processing Unit) and one or more memories such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory) communicably connected to the processor.
- Such vehicle condition sensors are devices that measure information indicating the behavior and operating state of the vehicle 200.
- the vehicle condition sensor belongs to the sensors 72 of this embodiment, and may include, for example, a vehicle speed sensor 72d, an acceleration sensor, and an angular velocity sensor, each of which is well known.
- the vehicle condition sensor may also include a steering angle sensor, an accelerator pedal sensor, and a brake pedal sensor, each of which is well known.
- the vehicle drive control device 70 may also be configured with a function to control the drive of the vehicle 200 based on position information detected from a vehicle position information sensor 72c mounted on the vehicle 200.
- a vehicle position information sensor 72c may be, for example, a well-known GPS (Global Positioning System) sensor. Note that in this embodiment, a GPS sensor is used as the vehicle position information sensor 72c, but this is not limited to this example, and the sensor may also be equipped to receive satellite signals from other satellite systems that identify the position of the vehicle 200.
- GPS Global Positioning System
- control method of in-vehicle power storage system a control method for the in-vehicle power storage system 100 including the vehicle-driving power storage device 30 of the present embodiment will be specifically described with reference to Fig. 7.
- the control method may be used as an algorithm of the above-mentioned program.
- a program having such an algorithm may be distributed in a downloadable manner via a known network, or may be distributed in a form stored in a recording medium. In the following, it is assumed that, for example, a user gets into vehicle 200, turns on the system power supply, and starts traveling.
- step 1 the control device (battery control device 50 or vehicle drive control device 70) determines whether the traveling vehicle 200 is accelerating or decelerating via the vehicle speed sensor 72d, the acceleration sensor, etc. described above. Then, if it is determined in step 1 that the traveling vehicle 200 is neither accelerating nor decelerating, the process proceeds to step 2, which will be described later.
- step 4A the control device applies the first connection pattern (pattern I in the figure) via the switch mechanism 40 to electrically connect the load 60 and the vehicle-driving power storage device 30.
- the first connection pattern pattern I in the figure
- the switch mechanism 40 to electrically connect the load 60 and the vehicle-driving power storage device 30.
- the first capacity-type battery group 20A may be used as an auxiliary to supply power to the load 60.
- step 2 determines whether or not the speed of the traveling vehicle 200 is constant via the vehicle speed sensor 72d, the acceleration sensor, etc. If it is determined in step 2 that the speed of the traveling vehicle 200 is not constant, the process proceeds to step 3, which will be described later.
- the criterion for determining whether or not the vehicle speed is constant in this step 2 does not necessarily have to be a single speed value; for example, the range of the vehicle speed measured within a specified determination time is within ⁇ 5 km/h of the average value within that time.
- step 4B the control device applies the second connection pattern (pattern II in the figure) via the switch mechanism 40 to electrically connect the load 60 and the vehicle-driving power storage device 30.
- the control device applies the second connection pattern (pattern II in the figure) via the switch mechanism 40 to electrically connect the load 60 and the vehicle-driving power storage device 30.
- step 3 the control device determines whether the vehicle 200 is stopped via the vehicle speed sensor 72d, the acceleration sensor, etc. If it is determined in step 3 that the vehicle 200 is not stopped, the process proceeds to step 5, which will be described later.
- step 4C the control device applies the third connection pattern (pattern III in the figure) via the switch mechanism 40 to electrically disconnect the vehicle-driving power storage device 30 from the load 60 and executes voltage balance control within the vehicle-driving power storage device 30.
- This causes the voltage values and charging rates SOC of the output-type battery group 10, the first capacity-type battery group 20A, and the second capacity-type battery group 20B to become nearly uniform, making it possible to apply a connection pattern via the switch mechanism 40 that is suitable for various subsequent driving environments.
- step 5 it is determined whether or not the system of the vehicle 200 has been turned OFF. If the system of the vehicle 200 has been turned OFF in step 5, the control method of this embodiment is completed, and if the system of the vehicle 200 has not been turned OFF, the process returns to step 1 and the above-described processing is repeated.
- the vehicle 200 equipped with the in-vehicle power storage system 100 is equipped with a vehicle drive power storage device in which an output type battery group and at least two capacity type first and second battery groups, each having a higher capacity and lower output than the output type battery group, are connected in parallel.
- the control device that controls this vehicle drive power storage device is capable of preferentially supplying power to the load from the output type battery group when the vehicle accelerates under predetermined conditions (rapid charging and discharging), for example, and supplying power from the capacity type second battery group to the output type battery group in parallel with supplying power from the capacity type first battery group to the load when the vehicle speed is constant. This makes it possible to provide stable battery output even in a driving environment in which, for example, acceleration is frequently repeated.
- a non-aqueous electrolyte secondary battery e.g., a lithium ion secondary battery
- a non-aqueous electrolyte secondary battery e.g., a lithium ion secondary battery
- an output-type or capacity-type battery set that drives the load 60 mounted on the vehicle
- other known secondary batteries other than non-aqueous electrolyte secondary batteries such as nickel-metal hydride batteries or lead-acid batteries, may also be used as the battery set of the present disclosure.
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Abstract
相対的に高出力のバッテリーと、相対的に高容量のバッテリーと、が並列接続されるとともに、安定したバッテリー出力を実行可能な車載電源システム及び車両を提供する。 出力型バッテリー組と容量型バッテリー組とが並列接続される車載蓄電システムにおいて、バッテリー制御装置は、車両が加速するときは負荷に対して出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行い、車両の速度が一定のときは容量型第1バッテリー組から負荷に電力供給を行うことに並行して容量型第2バッテリーから出力型バッテリー組に電力供給を行う。
Description
本開示は、出力型バッテリー組と、この出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイス、この車両駆動用蓄電デバイスを搭載する車両、この車両駆動用蓄電デバイスの制御方法、コンピュータプログラムおよび記録媒体などに関する。
車両に搭載される充放電可能な蓄電装置として、例えば非水電解質二次電池(以下、単に「非水二次電池」とも称する)が知られている。この非水二次電池の一例としてのリチウムイオン二次電池は、非常に高いエネルギー密度を実現できることから車載用途として開発が進められている。車載用途の電池においては、多様な走行状況に対応するため高出力化と高容量化が高いレベルで要求される。
例えば特許文献1乃至特許文献3では、相対的に容量を重視した大容量蓄電装置(容量型バッテリー組とも称する)と、相対的に出力を重視した大出力蓄電装置(出力型バッテリー組とも称する)を車載電源として備える車両が開示されている。このうち、特に特許文献3では、容量型バッテリー組と出力型バッテリー組を並列で構成しつつ、例えば加速時や登坂時など大きな駆動力を必要とするときは出力型バッテリー組から電力供給することが提案されている。
しかしながら、上記特許文献を含む従来技術では市場のニーズを未だ満たしておらず以下に述べる課題が残存する。
すなわち、たしかに特許文献1~3にそれぞれ開示された車載蓄電システムでは、電気モータなどの負荷に対して高い出力が要求されるときに、出力型バッテリー組から電力を供給することで多様な走行状況に対応することはできる。しかしながら特許文献1~3に開示された車載蓄電システムでは、例えば加速を頻繁に繰り返す走行環境では出力型バッテリー組の容量が先に低下して枯渇するなど未だに改善の余地が大きい。
すなわち、たしかに特許文献1~3にそれぞれ開示された車載蓄電システムでは、電気モータなどの負荷に対して高い出力が要求されるときに、出力型バッテリー組から電力を供給することで多様な走行状況に対応することはできる。しかしながら特許文献1~3に開示された車載蓄電システムでは、例えば加速を頻繁に繰り返す走行環境では出力型バッテリー組の容量が先に低下して枯渇するなど未だに改善の余地が大きい。
本開示は、上記問題を一例に鑑みてなされたものであり、相対的に高出力のバッテリーと相対的に高容量のバッテリーとが並列接続されて安定したバッテリー出力を行うことが可能な車両駆動用蓄電デバイス、この車両駆動用蓄電デバイスを備えた車両、この車両用蓄電デバイスの制御方法、コンピュータプログラム及びコンピュータプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
上記課題を解決するために、本開示のある観点によれば、出力型バッテリー組と、前記出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスと、前記車両駆動用蓄電デバイスの接続状態を切り替え可能なスイッチ機構と、前記スイッチ機構を介して前記車両駆動用蓄電デバイスの充放電を制御する制御装置と、前記制御装置で駆動制御される負荷と、を備えた車両であって、前記制御装置は、(a)前記車両が加速するときは、前記負荷に対して前記出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行い、(b)前記車両の速度が一定のときは、前記容量型第1バッテリー組から前記負荷に電力供給を行うことに並行して前記容量型第2バッテリー組から前記出力型バッテリー組に電力供給を行うことが可能な車両が提供される。
上記課題を解決するために、本開示のさらに別の観点によれば、本開示による車両駆動用蓄電デバイスを備えた車両が提供される。
また、上記課題を解決するために、本開示のさらに別の観点によれば、車両に搭載される出力型バッテリー組と、前記出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスに適用されるコンピュータプログラムを記録した記録媒体であって、一つ又は複数のプロセッサに、前記車両の速度及び加速度の少なくとも一方を取得されること、前記車両が加速するときは負荷に対して前記出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行うこと、および、前記車両の速度が一定のときは前記容量型第1バッテリー組から前記負荷に電力供給を行うことに並行して前記容量型第2バッテリー組から前記出力型バッテリー組に電力供給を行うこと、を含む処理を実行させるコンピュータプログラムを記録した記録媒体が提供される。
また、上記課題を解決するために、本開示のさらに別の観点によれば、車両に搭載される出力型バッテリー組と、前記出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスに適用されるコンピュータプログラムを記録した記録媒体であって、一つ又は複数のプロセッサに、前記車両の速度及び加速度の少なくとも一方を取得されること、前記車両が加速するときは負荷に対して前記出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行うこと、および、前記車両の速度が一定のときは前記容量型第1バッテリー組から前記負荷に電力供給を行うことに並行して前記容量型第2バッテリー組から前記出力型バッテリー組に電力供給を行うこと、を含む処理を実行させるコンピュータプログラムを記録した記録媒体が提供される。
本開示によれば、例えば加速を頻繁に繰り返す走行環境においても安定したバッテリー出力を行うことが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、以下で詳述する構成以外については、例えば上記した特許文献を含む公知の技術や車両の構成を適宜適用して実施してもよい。
<1-1.車両駆動用蓄電デバイス>
図1~5を参照して、本開示の実施形態に係る車両駆動用蓄電デバイス30を含む車載蓄電システム100と車両200の構成例を説明する。図1は、車載蓄電システム100を搭載した車両200を示す模式図である。なお以下では、「車両」の一例として、電動モータを搭載した電気自動車(BEV)を例示するが、本実施形態の車両は、公知のエンジン(内燃機関)をさらに併用するハイブリッド電気自動車(HEV)であってもよいし、ガスタービンなど他の公知の発電装置を装備する電動車両であってもよい。
図1~5を参照して、本開示の実施形態に係る車両駆動用蓄電デバイス30を含む車載蓄電システム100と車両200の構成例を説明する。図1は、車載蓄電システム100を搭載した車両200を示す模式図である。なお以下では、「車両」の一例として、電動モータを搭載した電気自動車(BEV)を例示するが、本実施形態の車両は、公知のエンジン(内燃機関)をさらに併用するハイブリッド電気自動車(HEV)であってもよいし、ガスタービンなど他の公知の発電装置を装備する電動車両であってもよい。
図1に示すように、本実施形態の車両200は、駆動輪となる車輪1に対してデファレンシャルギヤを含む公知の動力伝達機構2を介して駆動力を供給する負荷60が搭載されている。以下では、車輪1のうち前輪に対して負荷60から駆動力が供給される前輪駆動車(FWD)を例示するが、本実施形態は上記形態に限定されず、上記した駆動力が後輪に供給される後輪駆動車(RWD)や全輪に駆動力が供給される全輪駆動車(AWD)であってもよい。さらに本開示の車両200は、上記の他に、例えば車輪1に対して個別に電気モータが搭載されるインホイールモータ型の電気自動車であってもよい。
負荷60は、例えば車両駆動制御装置70で駆動制御され得る。負荷60は、車両駆動用蓄電デバイス30から電力の供給を受ける公知のインバータ61と、このインバータ61と接続されて上記した車輪1に駆動力を供給する電動モータなどの公知の電動機62と、を含んで構成されている。また、同図に示すように、本実施形態の負荷60は、接続パターンを切り替え可能なスイッチ機構40を介して車載電源としての車両駆動用蓄電デバイス30と電気的に接続されている。
車両駆動用蓄電デバイス30は、図2などに示されるように、一方の電池組に比して高出力且つ低容量となる出力型バッテリー組10と、この出力型バッテリー組10と並列接続されて出力型バッテリー組10よりも高容量且つ低出力となる少なくとも2つの容量型バッテリー組20と、を含んで構成されている。
なお以下では本実施形態のバッテリー組として互いに特性の異なる二組の非水二次電池(リチウムイオン二次電池)を例示するが、本実施形態で規定する互いの特性(高出力と高容量)を確立可能であれば、例えば一方がリチウムイオン二次電池の組で他方がニッケル水素電池の組とするなど非水二次電池以外の公知の他の二次電池が含まれてもよい。
なお以下では本実施形態のバッテリー組として互いに特性の異なる二組の非水二次電池(リチウムイオン二次電池)を例示するが、本実施形態で規定する互いの特性(高出力と高容量)を確立可能であれば、例えば一方がリチウムイオン二次電池の組で他方がニッケル水素電池の組とするなど非水二次電池以外の公知の他の二次電池が含まれてもよい。
出力型バッテリー組10は、一例として、1又は直列接続される複数のリチウムイオン二次電池から構成されてもよい。なお図示では単一の電池が描画されているが、車両の駆動に必要な電圧値を得るために、出力型バッテリー組10は、複数の単電池(単セル)が直列に接続される態様であってもよい。かような出力型バッテリー組10に好適なリチウムイオン二次電池としては、例えば負極にチタン酸リチウムを適用した公知の高出力タイプのリチウムイオン二次電池が例示できる。非限定的な一例として、本実施形態の出力型バッテリー組10を構成する1又は複数のリチウムイオン二次電池では、正極材料としてマンガン酸リチウムを適用すると共に、負極材料としてチタン酸リチウムを適用している。
一方で容量型バッテリー組20は、図2などから理解されるとおり、上記した出力型バッテリー組10と並列接続されると共に、この出力型バッテリー組10よりも高容量且つ低出力となる容量型第1バッテリー組20A及び容量型第2バッテリー組20Bとを含んで構成されている。なお図示ではそれぞれ単一の電池が描画されているが、車両の駆動に必要な電圧値を得るために、容量型バッテリー組20は、それぞれ複数の電池が直列に接続される態様であってもよい。かような容量型バッテリー組20に好適なリチウムイオン二次電池としては、例えば負極に炭素系材料を適用した公知のリチウムイオン二次電池や、正極に三元系正極材料(ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム)を適用した公知の高容量タイプのリチウムイオン二次電池が例示できる。非限定的な一例として、本実施形態の容量型バッテリー組20を構成する1又は複数のリチウムイオン二次電池では、正極材料としてリン酸鉄リチウム、三元系正極(ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム)を適用すると共に、負極材料として公知の炭素系材料を適用してもよい。
また図2に示すように、並列接続される容量型第1バッテリー組20A及び容量型第2バッテリー組20Bは、互いの電気容量が異なるように出力型バッテリー組10とも並列接続されている。本実施形態では、容量型第1バッテリー組20Aの容量は、容量型第2バッテリー組20Bの容量に比して少なくとも容量が大きく(大容量)となるように構成されている。
後述するように、本実施形態における車両駆動用蓄電デバイス30においては、上記した容量型第2バッテリー組20Bは、負荷60に対しては電力供給をせずに専ら出力型バッテリー組10に対して電力供給するように構成されている。換言すれば、本実施形態の容量型第2バッテリー組20Bは、出力型バッテリー組10の充電専用バッテリーとして機能するように構成されていてもよい。
さらに本実施形態の車両駆動用蓄電デバイス30を構成する出力型バッテリー組10および容量型バッテリー組20(容量型第1バッテリー組20A及び容量型第2バッテリー組20B)は、互いの上限電圧がほぼ等しくなるように端子間電圧が調整されていてもよい。換言すれば、上記した出力型バッテリー組10および容量型バッテリー組20においては、互いの端子間電圧が揃うようにそれぞれで直列される電池の数が調整される。一例として本実施形態の車両駆動用蓄電デバイス30では、上限電圧が300Vとなるように、出力型バッテリー組10および容量型バッテリー組20において上記したリチウムイオン二次電池がそれぞれ異なる数を以って直列に接続されていてもよい。
<1-2.スイッチ機構>
スイッチ機構40は、上記した車両駆動用蓄電デバイス30の接続状態を切り替える機能を有して構成されている。スイッチ機構40の具体例としては、特に制限はなく、上記した機能を発揮する限りにおいて半導体スイッチや機械式スイッチなど公知のスイッチを適用してもよい。
スイッチ機構40は、上記した車両駆動用蓄電デバイス30の接続状態を切り替える機能を有して構成されている。スイッチ機構40の具体例としては、特に制限はなく、上記した機能を発揮する限りにおいて半導体スイッチや機械式スイッチなど公知のスイッチを適用してもよい。
より具体的に図2に示すように、本実施形態のスイッチ機構40は、第一に、負荷60に対して出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20の少なくともいずれかを電気接続させる機能を有して構成されている。また、本実施形態のスイッチ機構40は、第二に、出力型バッテリー組10に対して容量型第2バッテリー組20Bを電気接続させる機能を有して構成されている。
以下、図3~5を参照しつつ、本実施形態のスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の接続パターンを説明する。
本実施形態の車両駆動用蓄電デバイス30において、上記した出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20は、このスイッチ機構40を介して負荷60と接続される公知の電気回路ECに接続されている。
本実施形態の車両駆動用蓄電デバイス30において、上記した出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20は、このスイッチ機構40を介して負荷60と接続される公知の電気回路ECに接続されている。
<1-3.第1接続パターン>
図3にスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の第1接続パターンを示す。同図から明らかなとおり、第1接続パターンにおいては、車両200の負荷60に対して出力型バッテリー組10が主として接続される。このとき、スイッチ機構40は、容量型第1バッテリー組20Aを補助的に負荷60に対して接続してもよい。
図3にスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の第1接続パターンを示す。同図から明らかなとおり、第1接続パターンにおいては、車両200の負荷60に対して出力型バッテリー組10が主として接続される。このとき、スイッチ機構40は、容量型第1バッテリー組20Aを補助的に負荷60に対して接続してもよい。
換言すれば、第1接続パターンでは、スイッチ機構40は、負荷60に対して出力型バッテリー組10が単独で接続される形態と、負荷60に対して容量型第1バッテリー組20Aが単独で接続される形態と、負荷60に対して出力型バッテリー組10と容量型第1バッテリー組20Aが並列で接続される形態と、を実現し得る。
かような第1接続パターンが好適な走行環境としては、例えば車両200が大きく加速しながら走行するときや減速しながら走行するとき、あるいは、高速道路において相対的に高い速度を維持して走行するときなどが例示できる。
かような第1接続パターンが好適な走行環境としては、例えば車両200が大きく加速しながら走行するときや減速しながら走行するとき、あるいは、高速道路において相対的に高い速度を維持して走行するときなどが例示できる。
なお、第1接続パターンでの負荷60に対する出力型バッテリー組10と容量型第1バッテリー組20Aの切替え判定基準は、車両200に求めるトルクや燃費性能などに応じて適宜設定してもよい。かような切替え判定基準の一例としては、例えば容量型第1バッテリー組20Aの定格出力値を切替えのための判定閾値として設定し、要求されるバッテリー出力がこの判定閾値を超えるときは出力型バッテリー組10を負荷60に接続する一方で、この判定閾値を下回るときは容量型第1バッテリー組20Aを負荷60に接続する制御などが想定できる。また、このような判定閾値を用いて出力型バッテリー組10を負荷60に接続する場合においても、容量型第1バッテリー組20Aを補助的に用いて負荷60に並列接続する制御を行ってもよい。
<1-4.第2接続パターン>
図4にスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の第2接続パターンを示す。同図から明らかなとおり、第2接続パターンにおいては、車両200の負荷60に対して電気回路ECを介して容量型第1バッテリー組20Aが接続される。このとき上記と並行して、スイッチ機構40は、充電用回路CCを介して容量型第2バッテリー組20Bを出力型バッテリー組10に接続して当該出力型バッテリー組10を充電する制御を実行してもよい。
図4にスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の第2接続パターンを示す。同図から明らかなとおり、第2接続パターンにおいては、車両200の負荷60に対して電気回路ECを介して容量型第1バッテリー組20Aが接続される。このとき上記と並行して、スイッチ機構40は、充電用回路CCを介して容量型第2バッテリー組20Bを出力型バッテリー組10に接続して当該出力型バッテリー組10を充電する制御を実行してもよい。
換言すれば、第2接続パターンでは、スイッチ機構40は、負荷60に対して容量型第1バッテリー組20Aが単独で接続されて負荷60に必要な電力が供給されると共に、出力型バッテリー組10に対して容量型第2バッテリー組20Bが接続されて出力型バッテリー組10が充電される形態を実現し得る。
かような第2接続パターンが好適な走行環境としては、例えば高速道路での定速走行時など、車両200が大きな加速や減速を要せずほぼ一定の速度(定速)で走行するときなどが例示できる。
かような第2接続パターンが好適な走行環境としては、例えば高速道路での定速走行時など、車両200が大きな加速や減速を要せずほぼ一定の速度(定速)で走行するときなどが例示できる。
<1-5.第3接続パターン>
図5にスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の第3接続パターンを示す。同図から明らかなとおり、第3接続パターンにおいては、車両200の負荷60に対して車両駆動用蓄電デバイス30は電気的に切り離されると共に、出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20が電気的に接続される。
図5にスイッチ機構40による車両駆動用蓄電デバイス30の第3接続パターンを示す。同図から明らかなとおり、第3接続パターンにおいては、車両200の負荷60に対して車両駆動用蓄電デバイス30は電気的に切り離されると共に、出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20が電気的に接続される。
換言すれば、第3接続パターンでは、スイッチ機構40は、出力型バッテリー組10、容量型第1バッテリー組20A及び容量型第2バッテリー組20Bを並列接続することで、互いの電圧が等しくなるようにバランスさせる形態を実現し得る。車両駆動用蓄電デバイス30がこの第3接続パターンを経ることで、極端に電圧が低い(すなわち充電率SOCが低い状態)バッテリーが出現してしまうことが抑制され、例えば出力型バッテリー組10が直ちに使用できる状態を維持することが可能となっている。
かような第3接続パターンが好適な走行環境としては、例えば車両200の停車時など、車両駆動用蓄電デバイス30による負荷60への電力供給を要しないときなどが例示できる。
かような第3接続パターンが好適な走行環境としては、例えば車両200の停車時など、車両駆動用蓄電デバイス30による負荷60への電力供給を要しないときなどが例示できる。
例えば車両200が少し加速した後でバッテリーの定格出力未満で走れる走行状態が長く続けば、出力型バッテリー組10の容量を節約できるといった好ましい走行状況も起こり得る。その一方で、車両200の加速時における電力消費量は相対的に多大となることから、出力型バッテリー組10の充電率が容量型第1バッテリー組20Aの充電率より低い状況に陥るケースが多いと推測できる。これに対して本実施形態の車載蓄電システム100では、この第3接続パターンを経ることで車両駆動用蓄電デバイス30全体の電圧を揃えることが可能となり、例えば加速の頻度が高い走行パターンやアップダウンが長く続くような走行パターンなどでも安定したバッテリー出力を実現できる。
<2-1.バッテリー制御装置の詳細な構成>
図1に戻り、本実施形態における車載蓄電システム100は、それぞれ上記した車両駆動用蓄電デバイス30、スイッチ機構40、及び、このスイッチ機構40を制御するバッテリー制御装置50(後述する車両駆動制御装置70を含めて「制御装置」とも総称する)を含んで構成されている。また、バッテリー制御装置50は、上記した車両駆動用蓄電デバイス30の充電量(SOC)を監視する機能、および上記した車両駆動用蓄電デバイス30の充放電を制御する機能などを有して構成されていてもよい。
図1に戻り、本実施形態における車載蓄電システム100は、それぞれ上記した車両駆動用蓄電デバイス30、スイッチ機構40、及び、このスイッチ機構40を制御するバッテリー制御装置50(後述する車両駆動制御装置70を含めて「制御装置」とも総称する)を含んで構成されている。また、バッテリー制御装置50は、上記した車両駆動用蓄電デバイス30の充電量(SOC)を監視する機能、および上記した車両駆動用蓄電デバイス30の充放電を制御する機能などを有して構成されていてもよい。
かようなバッテリー制御装置50は、BMU(バッテリーマネジメントユニット)とも称され、例えばCPU(Central Processing Unit)等の一つ又は複数のプロセッサと、当該プロセッサと通信可能に接続されたRAM(Random Access Memory)又はROM(Read Only Memory)等の一つ又は複数のメモリを備えて構成される。
このようにバッテリー制御装置50は、一つ又は複数のプロセッサがコンピュータプログラムを実行することで、スイッチ機構40を介して出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20の充放電を制御する装置として機能する。当該コンピュータプログラムは、バッテリー制御装置50が実行すべき後述する動作をプロセッサに実行させるためのコンピュータプログラムである。プロセッサにより実行されるコンピュータプログラムは、バッテリー制御装置50に備えられた記憶部(メモリ)として機能する記録媒体に記録されていてもよく、バッテリー制御装置50に内蔵された記録媒体又はバッテリー制御装置50に外付け可能な任意の記録媒体に記録されていてもよい。
なおコンピュータプログラムを記録する記録媒体としては、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープ等の磁気媒体、CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)及びBlu-ray(登録商標)等の光記録媒体、フロプティカルディスク等の磁気光媒体、RAM及びROM等の記憶素子、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等のフラッシュメモリ、SSD(Solid State Drive)、その他のプログラムを格納可能な媒体であってよい。
より具体的に本実施形態におけるバッテリー制御装置50は、処理部50A及び記憶部50Bを備えている。
処理部50Aは、上記した一つ又は複数のCPU等のプロセッサにより構成され、図6に例示するように、バッテリー状態値取得部51、SOC監視部52、スイッチ制御部53、および表示制御部54を含む。これら処理部50Aに含まれる各部は、上記したプロセッサによるプログラムの実行により実現される機能である。ただし、上記したバッテリー状態値取得部51、SOC監視部52、スイッチ制御部53、および表示制御部54の一部が、公知のアナログ回路により構成されていてもよい。
処理部50Aは、上記した一つ又は複数のCPU等のプロセッサにより構成され、図6に例示するように、バッテリー状態値取得部51、SOC監視部52、スイッチ制御部53、および表示制御部54を含む。これら処理部50Aに含まれる各部は、上記したプロセッサによるプログラムの実行により実現される機能である。ただし、上記したバッテリー状態値取得部51、SOC監視部52、スイッチ制御部53、および表示制御部54の一部が、公知のアナログ回路により構成されていてもよい。
処理部50Aは、車載される公知の他のECUなどで構成された車両駆動制御装置70と通信可能に構成されていてもよい。なお車両駆動制御装置70は、例えば車速センサ72d、更にはそれぞれ不図示の加速度センサ、角速度センサ、舵角センサ、アクセルペダルセンサ及びブレーキペダルセンサを含む公知の車両状態センサの検出値に基づいて、本実施形態のバッテリー制御装置50の駆動を制御する機能を有していてもよい。また、処理部50Aは、公知の車載通信装置71を介して、インターネットなどの公知の外部ネットワークNETと情報通信可能に構成されていてもよい。
記憶部50Bは、RAMなど情報を一時的に記憶する公知のメモリMRと、プログラム等を格納可能な公知のハードディスクHDDやSSDなどの記録デバイスRDを含んで構成されていてもよい。本実施形態の記憶部50Bは、処理部50Aにより実行されるプログラムやプログラムの実行に用いられる種々のパラメータの他、取得されたデータ、演算結果のデータ等を記憶してもよい。
以下、処理部50Aにおけるバッテリー状態値取得部51、SOC監視部52、スイッチ制御部53、および表示制御部54についてそれぞれ説明する。
<2-2.バッテリー状態値取得部>
バッテリー状態値取得部51は、車両200に搭載された車両駆動用蓄電デバイス30における状態値(具体的には電流値および電圧値に関する情報)を取得する処理を実行することができる。具体的に、バッテリー状態値取得部51は、車両駆動用蓄電デバイス30に設けられた公知の電流センサ72aおよび電圧センサ72bを介して、走行中または停車中の車両200における車両駆動用蓄電デバイス30の状態値(電圧値および電流値)を検出する機能を有する。
バッテリー状態値取得部51は、車両200に搭載された車両駆動用蓄電デバイス30における状態値(具体的には電流値および電圧値に関する情報)を取得する処理を実行することができる。具体的に、バッテリー状態値取得部51は、車両駆動用蓄電デバイス30に設けられた公知の電流センサ72aおよび電圧センサ72bを介して、走行中または停車中の車両200における車両駆動用蓄電デバイス30の状態値(電圧値および電流値)を検出する機能を有する。
<2-3.SOC監視部>
SOC監視部52は、車載された電流センサ72aや電圧センサ72bを介して、車両200に搭載された車両駆動用蓄電デバイス30(出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20)におけるそれぞれのSOC(充電率)を検出して監視する処理を実行する。なおSOC監視部52による具体的なSOCの検出方法は、本実施形態の趣旨を逸脱しない限りにおいて特に制限はなく、例えば特開2021-68637号公報や国際公開WO2019/193471号公報など公知の種々のSOC推定技術を適用してもよい。
SOC監視部52は、車載された電流センサ72aや電圧センサ72bを介して、車両200に搭載された車両駆動用蓄電デバイス30(出力型バッテリー組10と容量型バッテリー組20)におけるそれぞれのSOC(充電率)を検出して監視する処理を実行する。なおSOC監視部52による具体的なSOCの検出方法は、本実施形態の趣旨を逸脱しない限りにおいて特に制限はなく、例えば特開2021-68637号公報や国際公開WO2019/193471号公報など公知の種々のSOC推定技術を適用してもよい。
<2-4.スイッチ制御部>
スイッチ制御部53は、上記した負荷60に対する車両駆動用蓄電デバイス30の上記した接続パターンを切り替える処理を実行する。例えばスイッチ制御部53は、上記したスイッチ機構40を介して、図3に例示した第1接続パターン、図4に例示した第2接続パターン、および図5に例示した第3接続パターンの切り替え処理を実行してもよい。
スイッチ制御部53は、上記した負荷60に対する車両駆動用蓄電デバイス30の上記した接続パターンを切り替える処理を実行する。例えばスイッチ制御部53は、上記したスイッチ機構40を介して、図3に例示した第1接続パターン、図4に例示した第2接続パターン、および図5に例示した第3接続パターンの切り替え処理を実行してもよい。
より具体的に本実施形態のスイッチ制御部53は、車両200が加速するときは、負荷60に対して第1接続パターンを適用して出力型バッテリー組10から優先的に電力供給を行うことができる。また、スイッチ制御部53は、車両200が減速するときは、負荷60に対して第1接続パターンを適用して出力型バッテリー組10と負荷60とを電気的に接続してもよい。なおスイッチ制御部53は、車両200が加速しているか否かの判定については、例えば上記した車速センサ72dから取得された車速値に基づく公知の算出手法によって決定したり、上記した加速度センサから取得された車両の加速度値に基づいて決定してもよい。
また、スイッチ制御部53は、車両200の速度が一定のときは、上記した第2接続パターンを適用し、容量型第1バッテリー組20Aから負荷60に電力供給を行うことに並行して、容量型第2バッテリー組20Bから出力型バッテリー組10に電力供給を行うことができる。
さらにスイッチ制御部53は、車両200の停止時には、上記した第3接続パターンを適用し、出力型バッテリー組10、容量型第1バッテリー組20Aおよび容量型第2バッテリー組20Bの電圧をバランス制御することができる。このときスイッチ制御部53は、容量型第2バッテリー組20Bから負荷60に対して電力供給をせずに、出力型バッテリー組10に対して電力を供給して当該出力型バッテリー組10を充電する制御を行うことができる。
また、スイッチ制御部53は、容量型第1バッテリー組20A及び容量型第2バッテリー組20Bから検出されたバッテリー温度に基づいて、容量型第1バッテリー組20Aから負荷60に対して電力供給をせず出力型バッテリー組10から負荷60に対して電力を供給する制御を行ってもよい。より具体的に、記した第2接続パターンに基づいて負荷60に対して容量型第1バッテリー組20Aから電力が供給されているときに、例えば高速走行時などで定速走行が長時間続いた場合には容量型バッテリー組20のバッテリー温度が高温となってしまうことが想定される。
かような場合に、スイッチ制御部53は、第2接続パターンから第1接続パターンに切り替え、負荷60に対して容量型第1バッテリー組20Aから電力供給をせずに出力型バッテリー組10から臨時に電力供給することで、容量型バッテリー組20の劣化を抑制することができる。
なお出力型バッテリー組10や容量型バッテリー組20におけるバッテリー温度は、それぞれのバッテリー組に搭載された公知のバッテリー温度センサ72eに基づいて検出することができる(図2参照)。
なお出力型バッテリー組10や容量型バッテリー組20におけるバッテリー温度は、それぞれのバッテリー組に搭載された公知のバッテリー温度センサ72eに基づいて検出することができる(図2参照)。
<2-5.表示制御部>
表示制御部54は、負荷60に対する車両駆動用蓄電デバイス30の接続状態などの各種情報を表示装置73に表示する処理を実行する。ここで本実施形態の表示装置73としては、例えば公知の車載ディスプレイが例示できる。なお表示制御部54は、上記した各種情報を、車載されたスピーカに音声表示してもよいし、乗員が所持するスマートフォンなどの外部端末に表示させてもよい。
表示制御部54は、負荷60に対する車両駆動用蓄電デバイス30の接続状態などの各種情報を表示装置73に表示する処理を実行する。ここで本実施形態の表示装置73としては、例えば公知の車載ディスプレイが例示できる。なお表示制御部54は、上記した各種情報を、車載されたスピーカに音声表示してもよいし、乗員が所持するスマートフォンなどの外部端末に表示させてもよい。
<2-6.コンピュータプログラム、記録媒体>
なお上記した処理部50Aの各機能を実現するコンピュータプログラムは、車両に搭載される出力型バッテリー組と、前記出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスに適用されるコンピュータプログラムであって、一つ又は複数のプロセッサに、前記車両の速度及び加速度の少なくとも一方を取得されること、前記車両が加速するときは負荷に対して前記出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行うこと、および、前記車両の速度が一定のときは容量型第1バッテリー組から前記負荷に電力供給を行うことに並行して前記容量型第2バッテリーから前記出力型バッテリーに電力供給を行うこと、を含む処理を実行させる。また、かようなコンピュータプログラムは、例えば公知の上記した記録媒体に格納される形態であってもよいし、クラウドなど公知のサーバから車両200にダウンロードされる形態であってもよい。
なお上記した処理部50Aの各機能を実現するコンピュータプログラムは、車両に搭載される出力型バッテリー組と、前記出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスに適用されるコンピュータプログラムであって、一つ又は複数のプロセッサに、前記車両の速度及び加速度の少なくとも一方を取得されること、前記車両が加速するときは負荷に対して前記出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行うこと、および、前記車両の速度が一定のときは容量型第1バッテリー組から前記負荷に電力供給を行うことに並行して前記容量型第2バッテリーから前記出力型バッテリーに電力供給を行うこと、を含む処理を実行させる。また、かようなコンピュータプログラムは、例えば公知の上記した記録媒体に格納される形態であってもよいし、クラウドなど公知のサーバから車両200にダウンロードされる形態であってもよい。
<3-1.その他の車載装備>
本実施形態の車両200は、上記したバッテリー制御装置50と協働して、負荷60や上記した発電機などを制御する車両駆動制御装置70をさらに含んでいてもよい。
かような車両駆動制御装置70は、例えば車両200に搭載されるセンサ類72から検出される車両200の状態情報に基づいて、車両200の駆動を制御する機能を有して構成される。車両駆動制御装置70は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の一つ又は複数のプロセッサと、当該プロセッサと通信可能に接続されたRAM(Random Access Memory)又はROM(Read Only Memory)等の一つ又は複数のメモリを備えて構成される。
本実施形態の車両200は、上記したバッテリー制御装置50と協働して、負荷60や上記した発電機などを制御する車両駆動制御装置70をさらに含んでいてもよい。
かような車両駆動制御装置70は、例えば車両200に搭載されるセンサ類72から検出される車両200の状態情報に基づいて、車両200の駆動を制御する機能を有して構成される。車両駆動制御装置70は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の一つ又は複数のプロセッサと、当該プロセッサと通信可能に接続されたRAM(Random Access Memory)又はROM(Read Only Memory)等の一つ又は複数のメモリを備えて構成される。
かような車両状態センサは、車両200の挙動及び操作状態を示す情報を計測する装置である。一例として、車両状態センサは、本実施形態のセンサ類72に属し、例えば車速センサ72d、それぞれ公知の加速度センサ及び角速度センサなどを含んでよい。また、車両状態センサは、それぞれ公知の、舵角センサ、アクセルペダルセンサ及びブレーキペダルセンサを含んでもよい。
また車両駆動制御装置70は、車両200に搭載される車両位置情報センサ72cから検出される位置情報に基づいて、車両200の駆動を制御する機能を有して構成されていてもよい。かような車両位置情報センサ72cは、例えば公知のGPS(Global Positioning System)センサであってもよい。なお本実施形態では、車両位置情報センサ72cとしてGPSセンサを適用しているが、この例に限られず車両200の位置を特定する他の衛星システムからの衛星信号を受信する装備であってもよい。
<4-1.車載蓄電システムの制御方法>
次に図7も参照しつつ、本実施形態の車両駆動用蓄電デバイス30を含む車載蓄電システム100の制御方法を具体的に説明する。なお、当該制御方法は上記したプログラムのアルゴリズムとして用いられてもよい。かようなアルゴリズムを有するプログラムは、例えば公知のネットワークを介してダウンロード可能に流通したり、記録媒体に格納された形で流通し得る。
以下では、例えばユーザが車両200に乗車してシステム電源を起動して走行を開始したことを想定して説明する。
次に図7も参照しつつ、本実施形態の車両駆動用蓄電デバイス30を含む車載蓄電システム100の制御方法を具体的に説明する。なお、当該制御方法は上記したプログラムのアルゴリズムとして用いられてもよい。かようなアルゴリズムを有するプログラムは、例えば公知のネットワークを介してダウンロード可能に流通したり、記録媒体に格納された形で流通し得る。
以下では、例えばユーザが車両200に乗車してシステム電源を起動して走行を開始したことを想定して説明する。
まずステップ1では、制御装置(バッテリー制御装置50又は車両駆動制御装置70)は、上記した車速センサ72dや加速度センサなどを介して、走行中の車両200が加速中であるか又は減速中であるかを判定する。そしてステップ1で走行中の車両200が加速中でも減速中でもないと判定された場合には、続いて後述するステップ2に移行する。
一方で、ステップ1において走行中の車両200が加速中又は減速中であると判定された場合には、ステップ4Aに移行して、制御装置は、スイッチ機構40を介して第1接続パターン(図中のパターンI)を適用して負荷60と車両駆動用蓄電デバイス30とを電気的に接続する。これにより、車両駆動用蓄電デバイス30のうち出力型バッテリー組10から優先的に負荷60に対して電力供給が実行される。なおこのとき、容量型第1バッテリー組20Aを補助的に用いて負荷60に対して電力供給を行ってもよい。
ステップ1で走行中の車両200が加速中でも減速中でもないと判定された場合、続くステップ2において、上記した制御装置は、車速センサ72dや加速度センサなどを介して、走行中の車両200の速度が一定か否かを判定する。そしてステップ2で走行中の車両200の速度が一定でないと判定された場合には、続いて後述するステップ3に移行する。なお本ステップ2における車速が一定か否かの判定基準としては、例えば所定の判定時間内において計測された車速の幅がその時間内の平均値に対して±5km/hに収まるなど、必ずしも1つの速度値となっている必要はない。
一方で、ステップ2において走行中の車両200の速度が一定であると判定された場合には、ステップ4Bに移行して、制御装置は、スイッチ機構40を介して第2接続パターン(図中のパターンII)を適用して負荷60と車両駆動用蓄電デバイス30とを電気的に接続する。これにより、車両駆動用蓄電デバイス30のうち容量型第1バッテリー組20Aから負荷60に対して電力供給が実行されると共に、容量型第2バッテリー組20Bから出力型バッテリー組10へ電力供給(充電)が実行される。
ステップ2で走行中の車両200の速度が一定でないと判定された場合、続くステップ3において、上記した制御装置は、車速センサ72dや加速度センサなどを介して、車両200が停止しているか否かを判定する。そしてステップ3で車両200が停止していないと判定された場合には、後述するステップ5に移行する。
一方で、ステップ3において車両200が停止中であると判定された場合には、ステップ4Cに移行して、制御装置は、スイッチ機構40を介して第3接続パターン(図中のパターンIII)を適用して負荷60から車両駆動用蓄電デバイス30を電気的に切断すると共に、車両駆動用蓄電デバイス30内での電圧のバランス制御を実行する。これにより、出力型バッテリー組10、容量型第1バッテリー組20A及び容量型第2バッテリー組20Bの電圧値および充電率SOCがほぼ揃うことになり、引き続く様々な走行環境に適したスイッチ機構40による接続パターンを適用することが可能となる。
また、上記したステップ4A、4B及び4Cを経た後は、続くステップ5において車両200のシステムがOFFとなったか否かが判定される。ステップ5で車両200のシステムがOFFとなった場合には本実施形態の制御方法が完了し、車両200のシステムがOFFでない場合には再びステップ1に戻って上記した処理が繰り返される。
以上説明したように、本開示の実施形態に係る車載蓄電システム100を備えた車両200では、出力型バッテリー組と、この出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスが搭載される。この車両駆動用蓄電デバイスを制御する制御装置は、例えば所定条件下(急速充放電)などで車両が加速するときは負荷に対して出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行い、車両の速度が一定のときは容量型第1バッテリー組から負荷に電力供給を行うことに並行して容量型第2バッテリー組から出力型バッテリー組に電力供給を行うことができる。これにより、例えば加速を頻繁に繰り返すよう走行環境においても安定したバッテリー出力を行うことが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば本開示の実施形態では、車載される負荷60を駆動する出力型や容量型のバッテリー組として非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)を例示したが、例えばニッケル水素電池や鉛蓄電池など非水電解質二次電池以外の他の公知の二次電池を本開示のバッテリー組として適用してもよい。
1:車輪、2:動力伝達機構、10:出力型バッテリー組、20:容量型バッテリー組、20A:容量型第1バッテリー組、20B:容量型第2バッテリー組、30:車両駆動用蓄電デバイス、40:スイッチ機構、50:バッテリー制御装置、60:負荷、70:車両制御装置、71:通信装置、72:センサ類、73:表示装置、100:車載蓄電システム、200:車両
Claims (4)
- 出力型バッテリー組と、前記出力型バッテリー組よりも高容量且つ低出力の少なくとも2つの容量型第1バッテリー組及び容量型第2バッテリー組と、が並列接続された車両駆動用蓄電デバイスと、
前記車両駆動用蓄電デバイスの接続状態を切り替え可能なスイッチ機構と、
前記スイッチ機構を介して前記車両駆動用蓄電デバイスの充放電を制御する制御装置と、
前記制御装置で駆動制御される負荷と、を備えた車両であって、
前記制御装置は、
(a)前記車両が加速するときは、前記負荷に対して前記出力型バッテリー組から優先的に電力供給を行い、
(b)前記車両の速度が一定のときは、前記容量型第1バッテリー組から前記負荷に電力供給を行うことに並行して前記容量型第2バッテリー組から前記出力型バッテリー組に電力供給を行う、
車両。 - 前記制御装置は、
(c)前記車両の停止時には、前記出力型バッテリー組、前記容量型第1バッテリー組および前記容量型第2バッテリー組の電圧をバランス制御する、
請求項1に記載の車両。 - 前記制御装置は、
前記容量型第2バッテリー組から前記負荷に電力供給をせず前記出力型バッテリー組に対して電力を供給する制御を行う、
請求項2に記載の車両。 - 前記制御装置は、
前記容量型第1バッテリー組及び前記容量型第2バッテリー組から検出されたバッテリー温度に基づいて、前記容量型第1バッテリー組から前記負荷に対して電力供給をせず前記出力型バッテリー組から前記負荷に対して電力を供給する制御を行う、
請求項1~3のいずれか一項に記載の車両。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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