(57)【要約】【課題】  充電効率、充電容量の向上を図ることができる電池システム及び電動車両を提供する。【解決手段】  二次電池２１０と、補助蓄電装置２２０と、前記二次電池及び前記補助蓄電装置の入出力制御を行う制御装置と、前記二次電池に対して定電流定電圧充電又は定電力定電圧充電方式で充電を行う二次電池充放電制御部と、前記二次電池充放電制御部による充電中に定電流又は定電力充電から定電圧充電に移行した際に、前記定電圧充電に移行した時点の所定電力と、前記定電圧充電に必要な必要電力との差である余剰電力を前記補助蓄電装置に蓄電する補助蓄電充放電制御部と、を具備する。【選択図】図２
2018182866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
補助蓄電装置と、
前記二次電池及び前記補助蓄電装置の入出力制御を行う制御装置と、
前記二次電池に対して定電流定電圧充電又は定電力定電圧充電方式で充電を行う二次電池充放電制御部と、前記二次電池充放電制御部による充電中に定電流又は定電力充電から定電圧充電に移行した際に、前記定電圧充電に移行した時点の所定電力と、前記定電圧充電に必要な必要電力との差である余剰電力を前記補助蓄電装置に蓄電する補助蓄電充放電制御部と、を具備することを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記補助蓄電装置は、キャパシタである、ことを特徴とする請求項１記載の電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池システムを具備することを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池システム及び電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の電動車両が多数実用化されている。電動車両に搭載されている駆動用のバッテリは、充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられている。また、リチウムイオン二次電池は家庭用電源、各種ＡＶ機器、パソコン、携帯端末などの種々の分野で使用されている。
【０００３】
このような二次電池の充電方法として、定電流（定電力）充電をしたのち定電圧充電に切り替えて充電をする定電流（定電力）定電圧充電が知られている。また、このような充電方法において、できるだけ充電率を上げる工夫がなされており、例えば、電池の劣化に応じて閾値電圧を決定し、決定した閾値電圧を用いて定電圧充電をすることで、劣化をした場合であっても、目標電圧まで充電を可能にする提案がされている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
しかしながら、二次電池を定電流（定電力）定電圧充電する場合、特に、劣化時、低温時、又は大電流通電時などにおいては定電圧充電に費やす時間が充電時間の大きな割合を占め、全体として時間がかかるという問題がある。
【０００５】
一方で充電容量をできるだけ大きくしたいという要望があるが、充電容量が大きくなれば、充電時間はそれだけ増大する。そこで、充放電可能な主電池と、主電池に充電可能に接続した補助電池とを備えた車両が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、主電池の残量が所定値以下となった場合には、補助電池から主電池へ充電するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４３７４４号
【特許文献２】特開２０１５−１０６９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した補助電池は、充電容量の拡大という一面もあるが、上述した技術では、主電池と補助電池とを並列にしてそれぞれ充電するか、又は、直列に接続して一方から他方に充電するなどの方法がとられるだけであり、充電時間の短縮を図るという工夫をしたものではない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、充電効率、充電容量の向上を図ることができる電池システム及び電動車両を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する本発明は、二次電池と、補助蓄電装置と、前記二次電池及び前記補助蓄電装置の入出力制御を行う制御装置と、前記二次電池に対して定電流定電圧充電又は定電力定電圧充電方式で充電を行う二次電池充放電制御部と、前記二次電池充放電制御部による充電中に定電流又は定電力充電から定電圧充電に移行した際に、前記定電圧充電に移行した時点の所定電力と、前記定電圧充電に必要な必要電力との差である余剰電力を前記補助蓄電装置に蓄電する補助蓄電充放電制御部と、を具備することを特徴とする電池システムにある。
【００１０】
かかる本発明では、定電流定電圧充電又は定電力定電圧充電における定電圧充電時の余剰電力を補助蓄電装置に蓄電できるので、充電時間を変更することなく、充電容量の向上を図ることができる。
【００１１】
ここで、前記補助蓄電装置は、キャパシタであることが好ましい。これによれば、比較的簡便に補助蓄電装置を設けることができ、蓄電した電力を種々の用途に用いることができる。
【００１２】
また、本発明の他の態様は、上記態様の電池システムを具備することを特徴とする電動車両にある。これによれば、定電流定電圧充電又は定電力定電圧充電における定電圧充電時の余剰電力を補助蓄電装置に蓄電できるので、充電時間を変更することなく、充電容量の向上を図ることができる電動車両が実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電池システムによれば、二次電池充放電制御部による充電中に定電流又は定電力充電から定電圧充電に移行した際に、定電圧充電に移行した時点の所定電力と、前記定電圧充電に必要な必要電力との差である余剰電力を補助蓄電装置に蓄電する補助蓄電充放電制御部を具備するので、定電流定電圧充電又は定電力定電圧充電における定電圧充電時の余剰電力を補助蓄電装置に蓄電でき、充電時間を変更することなく、充電容量の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態にかかる制御装置を有するＰＨＥＶの構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態にかかる二次電池の劣化状態推定装置を含む制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】定電力定電圧での低充電時の電力及び電力量と時間との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の充電中の簡易イメージ図である。
【図５】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図６】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図７】本実施形態にかかる二次電池の劣化状態推定装置による劣化状態の推定のフローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下の実施形態は、二次電池及びその管理装置を車両に搭載した例について説明する。
【００１６】
まず、二次電池が搭載された車両の一例について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、電動車両の一種であるプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）であり、エンジン２の他、二次電池である駆動用バッテリ３及び補助蓄電装置１０を備えている。駆動用バッテリ３は、複数のバッテリーセルが直並列に接続されてなるバッテリユニットであり、各バッテリーセルは、例えば、リチウムイオン二次電池からなる。また、補助蓄電装置１０は、リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池などの二次電池、キャパシタなどである。キャパシタは、静電容量により電荷（電気エネルギー）を蓄えたり、放 出したりする装置のことであり、具体的には、プラスチックフィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ、マイカコンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、可変コンデンサ、紙コンデンサ、オイルコンデンサ、真空コンデンサ、ガス封入コンデンサ等を例示することができるが、必ずしもこれらに限定されることはない。
【００１７】
なお、補助蓄電装置１０は、駆動用バッテリ３と並列に接続して、駆動用バッテリ３と同様に使用するほか、駆動用バッテリ３が故障して電力供給ができない場合や一時的に電圧が低下した場合などの緊急時に使用するようにしてもよく、用途は特に限定されるものではない。
【００１８】
この駆動用バッテリ３及び補助蓄電装置１０は、後述する制御部１００を含むコントロールユニット４を介して走行用モータ５及びジェネレータ６に電気的に接続されている。走行用モータ５及びジェネレータ６は、図示は省略するが駆動伝達機構を介して駆動輪７に連結されている。
【００１９】
そして、ＰＨＥＶ１は、例えば、駆動用バッテリ３からの電力供給により動作する走行用モータ５の駆動力によって走行するＥＶ走行モード、駆動用バッテリ３とエンジン２によって駆動されるジェネレータ６で発電される電力によって動作する走行用モータ５の駆動力によって走行するシリーズ走行モード、エンジン２の駆動力で走行するパラレル走行モードなどの走行モードを有している。
【００２０】
本実施形態におけるＰＨＥＶ１では、駆動用バッテリ３及び補助蓄電装置１０に蓄えられた電力は、コントロールユニット４のインバータ８で直流から交流に変換されて走行用モータ５に流入し、これにより走行用モータ５が駆動される（放電）。また、ＰＨＥＶ１の減速時の回生発電電力は、コントロールユニット４のインバータ８で交流から直流に変換されて駆動用バッテリ３に流入し、駆動用バッテリ３に充電される。さらに、コントロールユニット４には、車載充電器（ＯＢＣ）９が搭載され、車載充電器９は、図示しない外部充電装置からの電力により駆動用バッテリ３及び補助蓄電装置１０に充電を行う。
【００２１】
さらに、本実施形態にかかるＰＨＥＶ１のコントロールユニット４には、制御部１００が設けられている。なお、主として、駆動用バッテリ３、車載充電器９及び制御部１００により、電池システムを構成している。なお、本実施形態では、ＰＨＥＶ１を例示したが、電気自動車（ＥＶ）であってもよいことはいうまでもない。
【００２２】
ここで、本発明の劣化状態推定装置を含む電池システムの一例を図２に示す。なお、以下、電動車両に搭載した場合を例として説明するが、電動車両以外の用途であっても同様である。
【００２３】
電池システム１０１は、駆動用バッテリ３を一例とする組電池２１０と、補助蓄電装置２２０と、車載充電器９を一例とする充放電制御部２３０と、制御部１００とを具備する。
【００２４】
ここで、制御部１００は、図２に示すように、組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の充電率等の充電状態を検出する充電状態検出部１１０と、充放電制御部２３０を介しての組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の充電制御などを行う電池管理ユニット（ＢＭＵ）１２０とを具備する。
【００２５】
充電状態検出部１１０は、本実施形態では、組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の充放電制御部２３０による充放電中の電流及び電圧を検出する電流電圧検出部１１１と、組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の温度を検出する電池温度検出部１１２と、組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の充電率（ＳＯＣ：State of charge）を検出するＳＯＣ検出部１１３と、を備えている。なお、ＳＯＣ検出部１１３は、組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の電圧を検出する電圧検出手段に単純に置き換えてもよい。
【００２６】
電池管理ユニット１２０は、充電状態検出部１１０により検出された組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の温度やＳＯＣなどや、別途格納されている劣化率（ＳＯＨ：State of health）などに基づいて、充電する際の電流や電圧及び充電終了条件を制御する。
【００２７】
充放電制御部２３０は、組電池２１０及び補助蓄電装置２２０の充放電を制御するが、組電池充放電制御部２３１と、補助蓄電装置充放電制御部２３２とを具備する。
【００２８】
組電池充放電制御部２３１による組電池２１０への充電は、規定電力（または規定電流）で規定電圧まで充電する定電力（ＣＰ）（または定電流（ＣＣ））充電後、規定電圧を維持するように電力（または電流）を低下させていく定電圧（ＣＶ））充電が行われる。これを定電力（または定電流）定電圧充電、あるいはＣＰ（またはＣＣ）ＣＶ充電という。なお、定電流（または定電力）充電から定電圧充電への移行は、組電池２１０の仕様上の上限電圧に到達した時点で行われる。
【００２９】
ここで、定電流又は定電力充電の間は、充電設備からの最大電流又は最大電力により充電されることになるが、定電圧充電に移行すると、電流又は電力が低下する。すなわち、定電圧充電に移行した時点の所定電力と、定電圧充電に必要な必要電力との差が余剰電力となる。
【００３０】
補助蓄電装置充放電制御部２３２は、組電池充放電制御部２３１による組電池２１０への充電が定電圧充電に移行した際に、上記余剰電力を使用して補助蓄電装置２２０の充電を行うように制御する。
【００３１】
以上説明した組電池充放電制御部２３１による組電池２１０への充電と、補助蓄電装置充放電制御部２３２による補助蓄電装置２２０への充電とを概念的に図示したのが図３である。
【００３２】
図３は、組電池充放電制御部２３１による組電池２１０への定電力定電圧充電を模式的に示しており、定電力充電時（ＣＰ）には、電力が一定で、充電された電力量が一定割合で上昇する。そして、電圧が上限電圧に達した時点で、定電圧充電（ＣＶ）に移行し、この期間では電力が大きく低下する。ここで、定電圧に移行した際の所定電力はＰ０であり、これ以降の電力はＰ１（ｔ）で表される曲線に沿って低下し、定電圧充電により組電池２１０に充電された電力量は曲線Ｐ１（ｔ）の下側の領域Ｗ１で表される。この期間においては、組電池充放電制御部２３１は、外部電源の供給電力はＰ０のうち、Ｐ１（ｔ）を組電池２１０に供給することになる。
【００３３】
一方、補助蓄電装置充放電制御部２３２は、所定電力Ｐ０からＰ１（ｔ）を引いた余剰電力Ｐ２（ｔ）（＝Ｐ０−Ｐ１（ｔ））を補助蓄電装置２２０へ供給し、充電する。そして、この期間に補助蓄電装置２２０へ充電される電力量は曲線Ｐ１（ｔ）の上側の領域Ｗ２で表される。
【００３４】
図３の例の場合、定電圧充電期間において組電池２１０へ充電された電力量Ｗ１は７Ｗｈであり、補助蓄電装置２２０へ充電された電力量Ｗ２は１１Ｗｈとなる。
すなわち、本実施形態では、充電時間を変更することなく、Ｗ２＝１１Ｗｈが補助蓄電装置２２０に充電されたことになる。
【００３５】
図４は、組電池充放電制御部２３１による組電池２１０への定電力定電圧充電と、補助蓄電装置充放電制御部２３２による補助蓄電装置２２０への充電とを別に模式的に示したものである。
メインバッテリである組電池２１０に対しての定電流（定電力）定電圧充電は通常の充電であるが、補助蓄電装置２２０への充電は、組電池２１０への充電が定電圧充電に移行した時点以降行われる。
【００３６】
図５には、新品の組電池２１０への０℃における定電力定電圧充電のグラフの一例を示す。また、図６には、劣化した組電池２１０への２５℃における定電力定電圧充電のグラフを示す。何れの場合にも、組電池２１０への定電圧充電期間に、補助蓄電装置２２０への充電が効率的に行われ、定電圧充電期間における組電池２１０への充電容量（電力量）Ｗ１より、補助蓄電装置２２０への充電容量（電力量）Ｗ２の方が大きいことがわかった。
【００３７】
図７には、具体的な実施形態のフローの一例を示し、劣化状態の推定を行う手順を説明する。
図７に示すように、まず、組電池充放電制御部２３１により定電流（定電力）定電圧充電が開始すると（ステップＳ１）、時間、温度、電流、電圧の取得を開始する。これは上述したように、電流電圧検出部１１１及び電池温度検出部１１２が実施する（ステップＳ２）。
【００３８】
ここで、電池の仕様上の上限電圧に達すると（ステップＳ３）、定電流（定電力）充電を終了し、定電圧充電を開始する（ステップＳ４）。
そして、組電池２１０への定電圧充電開始から、平行して、補助蓄電装置充放電制御部２３２により、補助蓄電装置２２０への充電が開始される（ステップＳ５）。
その後、組電池２１０の充電は、充電終了条件に到達すると（ステップＳ６）、定電圧充電を終了するが、同時に補助蓄電装置への充電も終了する（ステップＳ７）。
【００３９】
このように本発明によると、二次電池への通常の定電流（定電力）定電圧充電を行う際に、定電圧充電期間中に余剰電力を補助蓄電装置に充電するので、充電時間を追加することなく、補助蓄電装置２２０への充電を行うことができ、余剰の劣化状態検出部２０により求められた劣化状態（ＳＯＨ）は、電力管理を正確に且つ適正に行うことにより、動作時間を最大限に延ばしたり、さらなる劣化を抑えたりするに当たって重要である。また、特に、電気自動車では、走行可能距離の算出や、車両の要求に応じた電力の入出力制御を行うため、二次電池の残存容量を算出しているが、この際に劣化状態が参照される。
【符号の説明】
【００４０】
１      ＰＨＥＶ（車両）
２      エンジン
３      駆動用バッテリ
４      コントロールユニット
５      走行用モータ
６      ジェネレータ
８      インバータ
９      車載充電器
１０    補助蓄電装置
１００    制御部
１０１    電池システム
１１０    充電状態検出部
１２０    電池管理ユニット（ＢＭＵ）
２１０    組電池
２２０    補助蓄電装置
２３０    充放電制御部
２３１    組電池充放電制御部
２３２    補助蓄電装置充放電制御部
【図１】
2018182866.tif 000003
【図２】
2018182866.tif 000004
【図３】
2018182866.tif 000005
【図４】
2018182866.tif 000006
【図５】
2018182866.tif 000007
【図６】
2018182866.tif 000008
【図７】
2018182866.tif 000009