(57)【要約】【課題】二次電池が劣化した場合であっても、当該二次電池により駆動される電気自動車の走行可能距離が低下することを抑制することが可能な二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１０は、繰り返し充放電可能な電池部１１と、電池部１１に充電可能な電力量と、電池部１１に充電された電力を用いて駆動される車両１が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、電池部１１に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部１６とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部と、を備える二次電池。
【請求項２】
前記電池制御部は、前記電池部の温度に基づいて前記充電可能な電力量を推定する、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電池制御部は、前記充電可能な電力量が前記要求電力量より大きい場合、前記使用可能範囲の下限値を前記充電可能な電力量から前記要求電力量を減算した値とし、前記充電可能な電力量が前記要求電力量以下である場合、前記使用可能範囲の下限値を０とする、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記電池制御部は、前記車両を制御する車両制御部に、前記車両の残電力量として、前記電池部の残電力量から前記使用可能範囲の下限値を減算した値を送信する、請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項５】
前記電池制御部は、前記車両を制御する車両制御部から当該車両の現在の電費情報を取得し、当該電費情報に基づいて前記要求電力量を補正する、請求項１から４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
二次電池に蓄えられた電力を使用して駆動される電気自動車であって、
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する使用可能範囲調整手段と、
前記車両の残電力量として、前記電池部の残電力量から前記使用可能範囲の下限値を減算した値を演算する残電力量演算手段と、
前記車両の残電力量に基づいて、当該車両の走行可能距離を算出する走行距離算出手段と、
前記走行可能距離を表示させる表示手段とを備える、電気自動車。
【請求項７】
繰り返し充放電可能な電池部に充電可能な電力量を測定する手段と、
前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量を求める手段と、
前記充電可能な電力量と前記要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部と、を備える二次電池用演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池、電気自動車および二次電池用演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は繰り返し充放電可能な電池であって、情報機器や電気自動車など様々な用途で用いられている。このような二次電池は、経時的に劣化することが知られており、その劣化の度合は使用状況等によって異なるため、二次電池の劣化を抑制するために、様々な方法が提案されている。
【０００３】
電気自動車などの車両に搭載された二次電池の劣化を抑制するために、特許文献１には、駐車中の車両に搭載された二次電池を充電する場合、その充電量の上限値を制限する技術が開示されている。充電量が高い状態で長時間放置すると、二次電池の劣化は著しく進む。このため、車両が駐車されている状態では、制限された上限値まで放電して充電量を下げることで、二次電池の劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７４７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、二次電池の劣化を遅らせて寿命を向上させることはできるが、それでもなお経時的に劣化する。このため、同じ二次電池であっても、満充電状態まで充電したときに蓄えられる電力量が徐々に低下してしまう。したがってこのような二次電池を電気自動車の駆動用に使用した場合には、満充電状態のときに電気自動車が走行できる距離である走行可能距離が徐々に低下してしまい、満充電にしたのにもかかわらず一定の走行可能距離を維持できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、二次電池が劣化した場合であっても、当該二次電池により駆動される電気自動車の一定の走行可能距離を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による二次電池は、
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部とを備える。
【０００８】
また本発明による電気自動車は、
二次電池に蓄えられた電力を使用して駆動される電気自動車であって、当該電気自動車を制御する車両制御部を備え、
前記二次電池は、
繰り返し充放電可能な電池部と、
前記電池部に充電可能な電力量と、前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整し、前記車両制御部に、前記車両の残電力量として、前記電池部の残電力量から前記使用可能範囲の下限値を減算した値を送信する電池制御部とを備え、
前記車両制御部は、前記電池制御部から送信された車両の残電力量に基づいて、当該車両の走行距離を算出する。
【０００９】
また、本発明による二次電池用演算装置は、
繰り返し充放電可能な電池部に充電可能な電力量を測定する手段と、
前記電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量を求める手段と、
前記充電可能な電力量と前記要求電力量とに基づいて、前記電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、二次電池が劣化した場合であっても、当該二次電池により駆動される電気自動車の一定の走行可能距離を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池１０を搭載する電気自動車１のハードウェア構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の概要を説明するための図である。
【図３】本発明に係る二次電池における放電終止電力量を調整する動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る走行可能距離の表示動作を説明するためのシーケンス図である。
【図５】表示部６０が出力する残走行可能距離を含む画面表示の一例を示している。
【図６】電池の消費電力量と無負荷電池電圧との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る走行可能距離の表示動作を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【００１３】
（電気自動車の物理構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池１０を搭載する電気自動車１のハードウェア構成を概略的に示す図である。電気自動車１は、二次電池１０と、インバータ２０と、充電部３０と、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣコンバータ４０と、車両制御部５０と、表示部６０とを主に有する。
【００１４】
二次電池１０は、電池部１１と、接続検知部１２と、電圧計１３と、温度計１４と、電流計１５と、電池制御部（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）１６とを有する。
【００１５】
電池部１１は、繰り返し充放電可能であり、電池制御部１６は、電池部１１の充放電を制御する。接続検知部１２は、二次電池１０が電気自動車１の各部に電力を供給できるように接続されているか否かを検知し、接続状態を電池制御部１６に入力する。電圧計１３は、電池部１１の電圧であるセル電圧を計測して計測したセル電圧（単位電池の端子間電圧）を電池制御部１６に入力する。温度計１４は、電池部１１の温度を計測して計測した電池温度を電池制御部１６に入力する。電流計１５は、二次電池１０が外部に供給している電流を計測して計測した電流値を電池制御部１６に入力する。
【００１６】
電池制御部１６は、入力される情報、例えば接続状態、セル電圧、電池温度、および電流値などに基づいて、電池部１１を制御する。電池制御部１６は、電池部１１に蓄えられた電力の放電を終止する電力量である放電終止電力量を調整することによって、電池部１１に蓄えられた電力の使用可能範囲を調整する使用可能範囲調整手段として機能することができ、一定の走行可能距離を維持することができる。また電池制御部１６は、電気自動車１の残電力量として、電池部１１の残電力量から使用可能範囲の下限値を減算した値を演算する残電力量演算手段として機能することもできる。電池制御部１６は、演算した残電力量を車両制御部５０に送信することができる。
【００１７】
インバータ２０は、直流電力から交流電力を生成し電気自動車駆動用の交流モータに供給する。充電部３０は、例えば充電ステーションや系統電源などの外部電源から供給された電力を二次電池１０に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、直流電圧を他の電圧値の直流電圧に変換し例えば１２Ｖの車載電装機器に供給する。車両制御部５０は、電気自動車１の動きを制御する。車両制御部５０は、二次電池１０を初めとする電気自動車１の構成部品とＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのような車載ネットワークを介して接続されている。表示部６０は、電気自動車１の車内に設置されている。表示部６０は、車両制御部５０の制御に従って、各種の情報、例えば電気自動車１の現在のスピードや、走行可能距離などを表示する。
【００１８】
（電池制御部の動作概要）
図２は、本発明の概要を説明するための図である。図２に示すように、二次電池１０の出荷段階において、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ＝劣化状態）１００％であって、電池温度が２５度であるとする。この場合の充電可能電力量が２０ｋＷｈであって、電気自動車１が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量が１５ｋＷｈであるとすると、電池制御部１６は、放電終止電力量を５ｋＷｈに設定する。この場合、使用可能範囲は５ｋＷｈから２０ｋＷｈまでの間の１５ｋＷｈとなる。そして、この二次電池１０が経年劣化してＳＯＨが９０％となって充電可能電力量が１９ｋＷｈに目減りし、電池温度が０度である場合に、電池制御部１６は、放電終止電力量を４ｋＷｈに下げる。この場合、使用可能範囲は４ｋＷｈから１９ｋＷｈまでの間の１５ｋＷｈとなる。この構成により、二次電池１０の使用可能範囲の電力量の変化を抑制して概ね一定とし、二次電池１０を満充電まで充電したときの電気自動車１の走行可能距離が二次電池１０の劣化度合によって変化することを抑制することができる。
【００１９】
（放電終止電力量の調整）
図２で説明した本発明の技術を実現するための、電池制御部１６の具体的な動作について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の放電終止電力量を調整する動作を説明するためのフローチャートである。図３に示す動作は、例えば電気自動車１が外部電源に接続されて充電が開始される前に実行される。
【００２０】
まず電池制御部１６は、電池部１１の劣化度ＡであるＳＯＨを推定する（ステップＳ１０１）。電池制御部１６は、ＳＯＨの値を、例えば、電流計１５から入力された電流値Ｉに基づいて、放電終止電圧から満充電電圧まで充電した際の電池容量Ｃ１を測定して、測定した現在の電池容量Ｃ１を製品出荷時点における電池容量Ｃ０で除算することにより求めることができる。
電池制御部１６は、続いて、温度計１４を用いて現在の電池温度Ｔを測定する（ステップＳ１０２）。電池制御部１６は、推定した劣化度Ａおよび測定した電池温度Ｔから、充電可能電力量Ｂを推定する（ステップＳ１０３）。充電可能電力量Ｂは、劣化度Ａが高くなると目減りする。また充電可能電力量Ｂは、電池温度Ｔが低いほど目減りしやすい。具体的には、劣化度Ａと温度Ｔを入力すると充電可能電力量Ｂを出力するマップを事前に作成しておき、電池制御部１６は、このマップを使用して充電可能電力量Ｂを推定することができる。
【００２１】
電池制御部１６は、推定した充電可能電力量Ｂが要求電力量Ｄより大きいか否かを判断する（ステップＳ１０４）。要求電力量Ｄは、電気自動車１が所定の距離を走行するために必要な電力量である。なお要求電力量Ｄは実際には電気自動車１の電費Ｊによって変化するが、本実施形態では、簡単のため電費Ｊは標準的な使用状態における基準値Ｊ１であると仮定して、要求電力量Ｄは出荷段階で定められた所定の値Ｄ１とする。
【００２２】
充電可能電力量Ｂが要求電力量Ｄ１より大きい場合、電池制御部１６は、放電終止電力量Ｅを「充電可能電力量Ｂ−要求電力量Ｄ１」の値に設定する（ステップＳ１０５）。一方、充電可能電力量Ｂが要求電力量Ｄ１以下である場合、電池制御部１６は、放電終止電力量Ｅを「０ｋＷｈ」に設定する（ステップＳ１０６）。
【００２３】
図３で説明した放電終止電力量Ｅの調整が行われると、電池部１１に蓄えられた電力のうち、使用可能範囲（充電可能電力量Ｂから放電終止電力量Ｅまでの範囲）が調整される。電気自動車１では、調整された使用可能範囲に応じた走行可能距離が表示される。図４は、電気自動車１における走行可能距離の表示動作を説明するためのシーケンス図である。
【００２４】
まず電池制御部１６が、放電終止電力量の調整処理を行う（ステップＳ１００）。この放電終止電力量Ｅの調整は、具体的には図３のステップＳ１０１からステップＳ１０６に示した処理である。
【００２５】
放電終止電力量Ｅが調整されると、電池制御部１６は、車両の残電力量Ｆを算出する（ステップＳ１１０）。車両の残電力量Ｆは、電池の残電力量Ｇ（満充電時の電力量から使用時の電池の電圧と電流の積算値により算出される消費電力量を減算することで求める）から放電終止電力量Ｅを減算することで求められる。電池制御部１６は、車両の残電力量Ｆを算出すると、算出した車両の残電力量Ｆを車両制御部５０に送信する（ステップＳ１２０）。
【００２６】
車両制御部５０は、電池制御部１６が送信した車両の残電力量Ｆを受信すると、受信した車両の残電力量Ｆを用いて、当該車両の残走行可能距離Ｈを算出する（ステップＳ１３０）。具体的には、車両制御部５０は、車両の残電力量Ｆ（Ｗｈ）を電費Ｊ１（Ｗｈ／ｋｍ）で除算することによって、残走行可能距離Ｈ（ｋｍ）を算出することができる。車両制御部５０は、残走行可能距離Ｈを算出すると、算出した残走行可能距離ＨをＣＡＮ通信を利用して表示部６０に入力する（ステップＳ１４０）。
【００２７】
表示部６０は、車両制御部５０から入力された残走行可能距離を画面に表示する（ステップＳ１５０）。図５は、表示部６０が出力する残走行可能距離を含む画面表示の一例を示している。表示部６０は、図５に示すように残走行可能距離を数字で表示することができる。なお、残走行可能距離（数値）の右上の図柄はＳＯＣの状態を表示するＳＯＣ表示領域６１とＳＯＨの状態を示すＳＯＨ表示領域６２とを含む。ＳＯＣ表示領域６１は、表示する色を用いて、右下から左上に向かって充電量の割合を示している。右下にいくほど充電量が空の状態であり最左上は満充電の状態である。またＳＯＨ表示領域６２は、表示する色を用いて、右下から左上に向かって劣化の度合を示している。右下に行くほど劣化度が大きく、最左上は新品の状態である。
【００２８】
（発明の効果）
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、電池部１１に充電可能な電力量と、電気自動車１が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量とに基づいて、電池部１１に充電された電力の使用可能範囲の下限値が調整される。この構成により、使用可能範囲に蓄えられる電力量が要求電力量に応じて調整される。このため、電池部１１が劣化した場合であっても、電池部１１により駆動される電気自動車１の走行可能距離を一定に維持することが可能になる。
【００２９】
また、電池制御部１６は、電池部１１の温度に基づいて充電可能な電力量を推定してもよい。電池部１１の温度によって電池部１１に充電可能な電力量は変化するため、電池部１１の温度を用いることで、充電可能な電力量の推定値の精度を向上させることが可能になる。例えば、温度が低いほど充電可能な電力量を小さな値にする。したがって、電池部１１が劣化した場合であっても、より正確に、電気自動車１の走行可能距離を一定に維持することができる。
【００３０】
また、電池制御部１６は、充電可能な電力量が要求電力量より大きい場合、使用可能範囲の下限値を充電可能な電力量から要求電力量を減算した値とし、充電可能な電力量が要求電力量以下である場合、使用可能範囲の下限値を０とする。この構成により、電池部１１の劣化が進んで、充電可能な電力量が要求電力量と等しくなるまでは、電気自動車１の走行可能距離を一定に維持することができる。
【００３１】
また、電池制御部１６は、電気自動車１を制御する車両制御部５０に、車両の残電力量として、電池部１１の残電力量から使用可能範囲の下限値を減算した値を送信する。この構成により、電池部１１に実際に充電されている残電力量ではなく、設定された使用可能範囲に充電された電力量が車両制御部５０に通知されることになる。したがって、車両制御部５０は、電気自動車１を、制限された使用可能範囲に従って制御することが可能になる。
【００３２】
また、車両制御部５０は、車両の残電力量に基づいて、電気自動車１の走行可能距離を算出する。この構成により、電池部１１が劣化して充電可能な電力量が目減りした場合であっても、電気自動車１の一定の走行可能距離を維持することが可能になる。
【００３３】
また、車両制御部５０は、調整された使用可能範囲に応じて算出された走行可能距離を表示部６０に表示させる。この構成により、電池部１１が劣化した場合であっても、ユーザに一定の走行可能距離が通知されることになる。
【００３４】
なお、本実施形態では、電池の使用範囲を電圧ではなく電力量を用いて制御している。電池の使用範囲を制御する方法としては、電圧を用いることも考えられるが、本実施形態では、走行可能距離を一定に保つために、電力量（Ｗｈ）計算が必要となる。消費電力量と電池電圧とは非線形の関係にある。図６は、電池の消費電力量と無負荷電池電圧との関係を示す図である。無負荷電池電圧の値を計測することができれば、消費電力量を知ることができるが、電気自動車１の走行中は無負荷電池電圧を計測することができない。このため、本発明では電力量による制御を用いることとした。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る電気自動車１の構成は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る走行可能距離の表示動作を説明するためのシーケンス図である。本実施形態では、第１の実施形態と比較して、電費Ｊ２に応じて要求電力量を補正する点において異なる。車両制御部５０は、電池制御部１６に電費Ｊ２（Ｗｈ／ｋｍ）を送信する（ステップＳ２００）。電費Ｊ２は使用時の電池の消費電力量と走行距離を計測し、消費電力量を走行距離で除算することで求めている。
【００３６】
電池制御部１６は、車両制御部５０が送信した電費Ｊ２を受信すると、受信した電費Ｊ２を用いて要求電力量Ｄ１を補正して補正した要求電力量Ｄ２を得る（ステップＳ２１０）。具体的には、電池制御部１６は、車両制御部５０から受信した現在の電費Ｊ２を基準電費（車両側で設定されている）で除算した補正係数を算出し、算出した補正係数を要求電力量Ｄ１に積算することで、要求電力量Ｄ１を補正する。エアコンなどの補機を使用したり、ドライバーの運転に起因して電費が増大すると、電気自動車１の走行可能距離が低下してしまう。このため本実施形態では、電費に応じて要求電力量を補正することで、電費が変化しても一定の走行可能距離を維持することができる。
【００３７】
ステップＳ１００からステップＳ１５０の動作については、図４を用いて説明した第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。ステップＳ１００では、ステップＳ２１０において補正された要求電力量を用いて放電終止電力量が調整されるため、結果として、ステップＳ１５０で表示される残走行可能距離は、電費に応じて補正された値となる。
【００３８】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、表示部６０は、電気自動車１の車内に設置されていることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、走行可能距離が表示される表示部６０は、電気自動車１と接続される充電スタンドに設置されていてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、電気自動車に搭載された二次電池について説明したが、複数の駆動源を有するハイブリッドカーに搭載された二次電池においても、本発明の技術を適用することが可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では二次電池１０の電池制御部１６が電池部１１の使用可能範囲の下限値を調整することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。使用可能範囲の下限値を調整する処理は、二次電池１０とは別体の二次電池用演算装置において行われてもよい。この場合、二次電池用演算装置は、繰り返し充放電可能な電池部に充電可能な電力量を測定する手段と、電池部に充電された電力を用いて駆動される車両が所定の距離を走行するために必要な電力量である要求電力量を求める手段と、充電可能な電力量と要求電力量とに基づいて、電池部に充電された電力の使用可能範囲の下限値を調整する電池制御部とを備える。
【符号の説明】
【００４２】
１        電気自動車
１０      二次電池
１１      電池部
１６      電池制御部
５０      車両制御部
６０      表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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