(57)【要約】【課題】より改善されたハイブリッド車用電池システムの提供。【解決手段】  ハイブリッド車に適用される本実施形態に係るハイブリッド車用電池システム１００が示される。本実施形態に係る組電池２００には複数の電池ブロック１０が直列に接続されて構成されている。組電池２００は、ハイブリッド車に必要とされる充電特性と放電特性に対応し、単位時間あたりの放電可能電気容量は単位時間あたりの充電可能電気容量よりも小さくなるように設計されている。このような電池設計によってハイブリッド車用電池システムにおける二次電池自体の小型化を実現でき、かつ充電・放電による二次電池の寿命も維持できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両制動時の制動エネルギから電力供給されてなる充電と、車両の電動機に駆動エネルギを電力供給してなる放電とを繰り返す二次電池を含むハイブリッド車用電池システムであって、
前記二次電池について、
前記ハイブリッド車に必要とされる充電特性と放電特性に対応し、単位時間あたりの充電可能電気容量よりも単位時間あたりの放電可能電気容量が小さいハイブリッド車用電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車用電池システムであって、
前記単位時間あたりの充電可能電気容量は、車両の制動時の制動エネルギを受け入れる際に必要となる所定の単位時間あたりの必要充電電気容量以上であり、
前記単位時間あたりの放電可能電気容量は、車両を停止させた状態から電動機を駆動させる際に必要となる所定の単位時間あたりの必要放電電気容量以上であるハイブリッド車用電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車用電池システム、特に車両制動時の制動エネルギから電力供給されてなる充電と、車両の電動機に駆動エネルギを電力供給してなる放電とを繰り返す二次電池を含むハイブリッド車用電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力により駆動される車両駆動用モータ（電動機）とエンジン駆動を併用したハイブリッド車（ＨＶ車）が知られている。このようなＨＶ車には、複数の二次電池が単位電池（例えば、電池セルや電池ブロック）として直列に接続された組電池が搭載され、この組電池により電力がモータに供給されるのが通常である。組電池はその放電時の電力により駆動用モータを駆動する。また、組電池はエンジン駆動や回生によって得られた電力によって充電される。このような組電池の充電・放電を繰り返し、ＨＶ車は適当なドラビリを実現することとしている。
【０００３】
図２には、従来のＨＶ車用組電池制御システム３００の構成例が示される。複数の電池セル１０が直列に接続された二次電池の組電池４００には、電池セル１０の電圧を検出するための電圧検出器１４が接続されている。この電圧検出器１４の出力に基づき、電池ＥＣＵ１６により電池セル１０の充電状態値（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が算出される。なお、電圧検出器１４で検出される電圧値としては、上記のように各電池セル１０の電圧値でも良いが、組電池４００は、通常複数の電池セル１０が直列に接続された電池ブロックをさらに複数直列接続した構成となっているので、各電池ブロック毎の電圧値でもよい。この場合、各電池ブロック毎の電圧値から電池ＥＣＵ１６により各電池ブロックのＳＯＣを算出することになる。このようにして算出されたＳＯＣに基づき、駆動用モータ、発電機駆動用エンジン、発電機、インバータなどからなる負荷２０をＨＶＥＣＵ１８が制御し、組電池４００の充放電量を調節して、組電池４００のＳＯＣが所定範囲に入るように制御している。このような電池制御が必要となるのは、ＨＶ車では、頻繁な充放電が繰り返されるなど、ＨＶ車の特性上に合致した電池制御が要求される為である。急激や頻繁な充放電が繰り返されたりすると、電池の温度が上昇し二次電池の寿命が短くなる場合がある。この不具合を防止することが上記電池制御システムの主な目的の１つである。
【０００４】
一方、このようなシステム的な電池制御によらず、ＨＶ車用電池やその電池に関連するその他の機器自体をＨＶ車に適合させ、二次電池の寿命を向上させることも報告されている。下記特許文献１では、ＨＶ車の制動時における急激なエネルギの蓄積および加速時における急激なエネルギの放出を考慮したＨＶ車用電池システムが開示されている。該公報ではフライホイール装置による蓄電手段を二次電池と共に用い、制動時には発生するエネルギを回転エネルギとしてフライホイール装置にも回生し、加速時にはフライホイール装置に蓄えられた回転エネルギを用いて駆動させることが開示されている。該公報ではこのような蓄電手段を設けたことによって二次電池の充放電回数を低減し、電池温度の上昇を抑制して寿命を長くすること、および二次電池の小型化が図れることが示唆されている。
【０００５】
なお、下記特許文献２では、充電容量と放電容量がほぼ等しい特性を持つ二次電池の容量検出装置が開示されている。電流検知部で測定した充電電流から、二次電池の充電可能容量を算出し、その充電可能容量を放電可能容量として検知することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９５００２
【特許文献２】特開平７−２７０５０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１では、二次電池以外に蓄電手段としてフライホイール装置を併用しなければならず、二次電池以外の大きな蓄電力を要する蓄電手段が必要となる。このような大きな蓄電寄与力を有する蓄電手段を設けた場合には、二次電池が小型化したとしても二次電池を含めた蓄電システム全体として大型化してしまう場合がある。
【０００８】
また、上記特許文献１は、二次電池に対してはＨＶ車の充電特性および放電特性を検討して二次電池自体を設計したわけではなく、従来の二次電池を用いている。このようなＨＶ車の充放電特性を考慮した二次電池を用いない場合には、ＨＶ車の特性に合った二次電池を提供出来ない場合がある。このようにＨＶ車の充放電特性を考慮しないのでは二次電池が必要以上に大きくなってしまう場合がある。
【０００９】
本発明は、上記課題等に鑑みてなされたものであり、より改善されたＨＶ車用電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の車両制動時の制動エネルギから電力供給されてなる充電と、車両の電動機に駆動エネルギを電力供給してなる放電とを繰り返す二次電池を含むハイブリッド車用電池システムは、前記二次電池について、前記ハイブリッド車に必要とされる充電特性と放電特性に対応し、単位時間あたりの充電可能電気容量よりも単位時間あたりの放電可能電気容量が小さいことを特徴とする。
【００１１】
上記ハイブリッド車用電池システムであって、前記単位時間あたりの充電可能電気容量は、車両の制動時の制動エネルギを受け入れる際に必要となる所定の単位時間あたりの必要充電電気容量以上であり、前記単位時間あたりの放電可能電気容量は、車両を停止させた状態から電動機を駆動させる際に必要となる所定の単位時間あたりの必要放電電気容量以上であると好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、より改善されたＨＶ車用電池システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態は本発明を実施するための一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
「ＨＶ車用電池システムの全体構成」
図１には、プリウス（トヨタ自動車株式会社製：ＨＥＶ自動車）クラスの大きさのＨＶ車に適用される本実施形態に係るＨＶ車用組電池制御システム１００が示される。本実施形態に係る組電池２００には複数の電池ブロック１０が直列に接続されて構成されている。組電池２００は、ＨＶ車の組電池２００に必要とされる充電特性と放電特性に対応し、単位時間あたりの放電可能電気容量は単位時間あたりの充電可能電気容量よりも小さくなるように設計されている。また、この単位時間あたりの充電可能電気容量は、車両の制動時の制動エネルギから供給される単位時間あたりの必要充電電気容量以上である。また、前記単位時間あたりの放電可能電気容量は、車両を停止させた状態から駆動させる際に電動機への供給が必要となる単位時間あたりの必要放電電気容量以上である。具体的には、単位時間あたりの放電可能電気容量は１０ｋｗであるのに対し、単位時間あたりの充電可能電気容量は１５ｋｗである。組電池２００には、電池ブロック１０の電圧を検出するための電圧検出器１４が接続されている。電池ＥＣＵ１６はこの電圧検出器１４の出力に基づき、組電池２００を構成する各電池ブロック１０のＳＯＣを算出する。電池ＥＣＵ１６は、充放電制御プログラムによって各電池ブロック１０のＳＯＣからＨＶＥＣＵ１８に送るＳＯＣを算出する。電池ＥＣＵ１６が算出したＳＯＣに基づきそのＳＯＣを判定して、ＨＶＥＣＵ１８が駆動用モータ、発電機駆動用エンジン、発電機、インバータなどからなる負荷２０を制御する。すなわち、組電池２００の充放電量を調節して、組電池２００の全体のＳＯＣが所定範囲に入るように制御する。このＳＯＣの制御範囲としては、例えば２０％〜８０％の範囲が採用される。これら電池ＥＣＵ１６、ＨＶＥＣＵ１８、組電池２００、負荷２０、電圧検出器１４等から電池制御システム１００は構成される。
【００１５】
組電池２００を構成する単位電池である電池ブロック１０は、多数のバッテリセルを直列接続した組電池であり、例えば、Ｎｉ系電池、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウムイオン電池など、二次電池のセルからなる。各電池ブロック１０のＳＯＣは電圧だけでなく、電池ブロックの温度、、実測される電流値が勘案されて算出されていると好適である。
【００１６】
上記はＨＶＥＣＵ１８と電池ＥＣＵ１６が分離した構成となっているがＨＶＥＣＵ１８と電池ＥＣＵ１６とを統合させて１つの装置とすることができる。
【００１７】
負荷２０としては、エンジンＥＣＵ（Ｅ／ＧＥＣＵ）、モータＥＣＵ、インバータ、モータジェネレータなどが挙げられる。ＨＶＥＣＵ１８は、エンジンの出力等の制御するＥ／ＧＥＣＵへエンジンの出力指令を出すと共に、Ｅ／ＧＥＣＵなどからのエンジン出力制御情報を受ける。さらに、ＨＶＥＣＵ１８は、モータへトルク指令などをモータＥＣＵに出力するとともに、モータＥＣＵからのモータ制御情報を入力する。また、モータＥＣＵは、インバータにおけるスイッチング制御を行う。これにより、モータジェネレータへの入力が決定され、駆動輪を出力に応じて駆動させることができる。
【００１８】
「充放電特性」
＜放電特性＞  ＨＶ車用電池システム１００に組み込まれる組電池２００は、次のような放電特性を有している。ＨＶ車を停止状態からモータ駆動させる時には、内燃機関よりも組電池２００に蓄えられた電力を放電してモータを駆動させてで走行する（ＥＶ走行）。そのときにドライバがドラビリとして満足する必要な単位時間あたりの放電可能電気容量は１０ｋｗ未満であり、通常は６ｋｗ〜７ｋｗである。ＥＶ走行から内燃機関であるエンジンを始動するのには、単位時間あたりの放電可能電気容量は数ｋｗ、すなわち２ｋｗ〜３ｋｗあれば足りる。よって、大きい方の６ｋｗ〜７ｋｗが単位時間あたりの必要放電電気容量となる。その後の、加速や馬力等を満たすのに必要な必要放電電気容量はエンジンとモータのパワー分担によって変更するが、通常組電池２００の単位時間あたり、１０ｋｗあれば十分である。これにより、さらに必要放電電気容量が１０ｋｗあれば好適である。このようにＨＶ車の放電特性を勘案して、所定の必要放電電気容量を決める。所定の必要放電電気容量を決定後、これ以上の単位時間あたりの放電可能電気容量を設計する。
【００１９】
＜充電特性＞  ＨＶ車用電池システム１００に組み込まれる組電池２００は次のような充電特性を有している。制動時の回生エネルギーは大きく、組電池２００に単位時間あたりに供給される電力は、単位時間あたりの放電可能電気容量である１０ｋｗよりも大きな値となる。しかしながら、本発明者らのモード走行での検討では単位時間あたりの充電可能電気容量が１５ｋｗあればよいことがわかった。充電可能電気容量が大きいほど回生エネルギは吸収できるが、１５ｋｗでも９５％程度は回収できる。９５％程度は回収できると十分であり、これ以上の単位時間あたりの充電可能電気容量例えば２０ｋｗ）とした二次電池を設計する必要はないことになる。よって、単位時間あたりの充電可能電気容量を１５ｋｗとすることが好適である。このようにＨＶ車の充電特性を勘案して所定の充電可能電気容量を決める。所定の必要充電電気容量を決定後、これ以上の単位時間あたりの充電可能電気容量を設計する。
【００２０】
＜設計方法＞  電池電極に接続される導線の材料、太さの変更、電池電極の大きさ、電解液の種類、電極材料の種類の変更等によって、単位時間あたりの充電可能電気容量および単位時間あたりの放電可能電気容量を設計することは一般的に可能である（例えば特開平９−５１４１３３号公報）。この一般的方法を用いることで、例えば単位時間あたりの放電可能電気容量は１０ｋｗ、単位時間あたりの充電可能電気容量を１５ｋｗという二次電池を当業者は十分かつ明確に設計することができる。
【００２１】
二次電池は化学反応によりエネルギを蓄積（充電）あるいは放出（放電）する装置であるから、エネルギの蓄積および放出の速度に制限がある。このエネルギ蓄積および放出の速度、つまり化学反応速度、を越える速度で電池を使用すると、電池の温度が上昇しエネルギに無駄が生じるほか、電極を劣化させて電池寿命を短くすることになる。したがって、電池劣化を防止するためには電池の容量を大きくすることが必要になる。しかし、電池容量が必要以上に大きくなれば電池は大型化するのが通常である。これに対し、本実施形態のようにＨＶ車用電池をＨＶ車の充電特性および放電特性に併せて設計することで必要以上に電池容量が増大し、電池が必要以上に大型化することを防止できる。ＨＶ車の充電特性および放電特性に対応させ、単位時間あたりの充電可能容量を単位時間あたりの放電可能容量よりも大きくする。すなわち、放電可能特性に対応させ、単位時間あたりの放電可能容量を単位時間あたりの充電可能容量よりも小さくする。その充電可能容量を小さくした分、単位時間あたりの充電可能容量と単位時間あたりの放電可能容量共に大きくした二次電池よりも二次電池の小型化が実現できる。ＨＶ車用電池システムにおける二次電池自体の小型化を実現でき、かつ充電・放電による二次電池の寿命も維持できる。また、二次電池以外の蓄電手段による蓄電寄与を小さくし該蓄電手段の小型化、もしくは不要にすることができ、二次電池を含めた蓄電システム全体を小型化できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、ＨＶ車全般（ＦＶＥＶ車、ＨＥＶ車の両方を含む）のＨＶ車用電池システムとして適用できる。例えば軽自動車、乗用車、大型・小型特殊車、大型車（バス、トラック）等のＨＶ車全般に本発明のＨＶ車用電池システムを適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＨＶ車用組電池制御システムの構成図である。
【図２】従来のＨＶ車用組電池制御システムの構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  単位電池（電池ブロック）、１４  電圧検出器、１６  電池ＥＣＵ、１８  ＨＶＥＣＵ、２０  負荷、１００，３００  ＨＶ車用組電池制御システム、２００，４００  組電池。
【図１】
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【図２】
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