特開 2022-139458 バッテリ管理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022139458

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】バッテリ管理装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/387 20190101AFI20220915BHJP

   G01R 31/378 20190101ALI20220915BHJP

   G01R 31/3828 20190101ALI20220915BHJP

   G01R 31/3842 20190101ALI20220915BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20220915BHJP

   H01M 4/58 20100101ALI20220915BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

G01R31/387

G01R31/378

G01R31/3828

G01R31/3842

H01M10/48 P

H01M4/58

H02J7/00 P

H02J7/00 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021039858

(22)【出願日】2021-03-12

(71)【出願人】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 傑

(72)【発明者】

【氏名】小和田 稔

(72)【発明者】

【氏名】溝呂木 伸

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

5H050

【Ｆターム（参考）】

2G216AB01

2G216BA02

2G216BA03

2G216BA13

2G216CB27

5G503AA05

5G503AA07

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA11

5G503DA08

5G503EA05

5G503FA06

5H030AA10

5H030AS08

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

5H050AA08

5H050BA17

5H050CA02

5H050DA02

5H050HA19

5H050HA20

(57)【要約】

【課題】電気自動車のバッテリのＳＯＣを適切なタイミングで補正して管理する。
【解決手段】バッテリ管理装置１００は、燃料電池１と、バッテリ２と、モータ３とを備える燃料電池自動車Ｖのバッテリ２を管理する。バッテリ管理装置１００は、走行終了指示を受け付ける終了受付部１２と、燃料電池１から出力された電力によってバッテリ２を充電する電力制御部１３と、バッテリ２のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部１１と、を備える。電力制御部１３は、走行終了指示が受け付けられた場合、バッテリ２の電圧値が予め定められた判定電圧値となるようにバッテリ２を充電する。ＳＯＣ推定部１１は、バッテリ２の電圧値が判定電圧値であるときのＳＯＣを基準ＳＯＣとして予め記憶している。ＳＯＣ推定部１１は、判定電圧値となるようにバッテリ２が充電された場合、バッテリ２のＳＯＣの推定値を基準ＳＯＣに基づいて補正する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機と、バッテリと、前記発電機及び前記バッテリの少なくともいずれかの出力電力によって作動するモータと、を備える電気自動車の前記バッテリを管理するバッテリ管理装置であって、
走行終了指示を受け付ける終了受付部と、
前記発電機から出力された電力によって前記バッテリを充電する電力制御部と、
前記バッテリの使用状況に基づいて前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、
を備え、
前記電力制御部は、前記終了受付部によって前記走行終了指示が受け付けられた場合、前記バッテリの電圧値が予め定められた判定電圧値となるように前記バッテリを充電し、
前記ＳＯＣ推定部は、前記バッテリの電圧値が前記判定電圧値であるときのＳＯＣを基準ＳＯＣとして予め記憶しており、前記判定電圧値となるように前記バッテリが充電された場合、前記バッテリのＳＯＣの推定値を前記基準ＳＯＣに基づいて補正する、バッテリ管理装置。

【請求項2】

前記バッテリは、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が第１の変化量である第１の電圧範囲と、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が前記第１の変化量よりも小さい第２の変化量である第２の電圧範囲とを有し、
前記判定電圧値は、前記第１の電圧範囲内の電圧値である、請求項１に記載のバッテリ管理装置。

【請求項3】

前記バッテリは、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリである、請求項１又は２に記載のバッテリ管理装置。

【請求項4】

前記電気自動車は、前記発電機として燃料電池を備える燃料電池自動車である、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリ管理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車のバッテリの管理を行うバッテリ管理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発電機と、バッテリと、発電機及び／又はバッテリの出力電力によって作動するモータと、を備える電気自動車がある。このバッテリのＳＯＣを管理する方法として、例えば、電流積算法がある。しかしながら、電流積算法では、充放電時の電流の計測誤差により、ＳＯＣの推定値に対して誤差が蓄積する。そのため、例えば、特許文献１には、満充電となるまでバッテリを充電し、ＳＯＣの推定値の誤差を補正することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１８１４８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、電気自動車においては、電力を効率よく利用する観点から、例えば、回生ブレーキ等で生じた電力をバッテリに充電することが求められている。このため、このような電力を取りこぼすことなく充電できるように、電気自動車の通常の走行時においては、満充電となるまでバッテリを充電しないこともある。従って、電気自動車の使用状態によっては、上述したようなバッテリを満充電となるまで充電してＳＯＣを補正する方法は採用できないことがある。

【0005】

そこで、本発明は、電気自動車のバッテリのＳＯＣを適切なタイミングで補正して管理することができるバッテリ管理装置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】

【0006】

本発明に係るバッテリ管理装置は、発電機と、バッテリと、発電機及びバッテリの少なくともいずれかの出力電力によって作動するモータと、を備える電気自動車のバッテリを管理するバッテリ管理装置であって、走行終了指示を受け付ける終了受付部と、発電機から出力された電力によってバッテリを充電する電力制御部と、バッテリの使用状況に基づいてバッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、を備え、電力制御部は、終了受付部によって走行終了指示が受け付けられた場合、バッテリの電圧値が予め定められた判定電圧値となるようにバッテリを充電し、ＳＯＣ推定部は、バッテリの電圧値が判定電圧値であるときのＳＯＣを基準ＳＯＣとして予め記憶しており、判定電圧値となるようにバッテリが充電された場合、バッテリのＳＯＣの推定値を基準ＳＯＣに基づいて補正する。

【0007】

このバッテリ管理装置では、乗員等からの走行終了指示が受け付けられた場合に、判定電圧値となるようにバッテリが充電される。すなわち、判定電圧値となるまでバッテリが充電されるタイミングとは、電気自動車の走行が終了した状態である。そして、電気自動車の走行が終了した状態で、ＳＯＣの推定値の補正が行われる。このため、ＳＯＣの補正を行うために行われるバッテリの充電が、電気自動車の走行に影響を与えることがない。従って、バッテリ管理装置は、電気自動車のバッテリのＳＯＣを適切なタイミングで補正して管理することができる。

【0008】

バッテリ管理装置において、バッテリは、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が第１の変化量である第１の電圧範囲と、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が第１の変化量よりも小さい第２の変化量である第２の電圧範囲とを有し、判定電圧値は、第１の電圧範囲内の電圧値であってもよい。例えば、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が小さい場合、バッテリの電圧値とＳＯＣとの相関が取りにくい。このため、判定電圧値を、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が大きい第１の電圧範囲内の電圧値とする。これにより、バッテリ管理装置は、バッテリの電圧値に基づいて所望のＳＯＣとなるように精度よくバッテリを充電することができ、ＳＯＣをより精度よく補正できる。

【0009】

バッテリ管理装置において、バッテリは、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリであってもよい。一般に、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリは、特定のＳＯＣの範囲以外の部分では、ＳＯＣと電圧値との相関が取りにくい。このような場合であってもバッテリ管理装置は、バッテリを充電するときの判定電圧値をＳＯＣとの相関が取りやすい電圧値とすることができ、所望のＳＯＣとなるように精度よくバッテリを充電することができる。これにより、バッテリ管理装置は、ＳＯＣをより精度よく補正できる。

【0010】

バッテリ管理装置において、電気自動車は、発電機として燃料電池を備える燃料電池自動車であってもよい。この場合、バッテリ管理装置は、燃料電池自動車のバッテリのＳＯＣを適切なタイミングで補正して管理することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、電気自動車のバッテリのＳＯＣを適切なタイミングで補正して管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係るバッテリ管理装置が搭載された燃料電池自動車を示す概略図である。

【図2】図２は、バッテリの電圧値とＳＯＣとの相関を示すグラフである。

【図3】図３は、バッテリのＳＯＣの推定値の補正処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素同士には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

図１に示されるように、バッテリ管理装置１００は、燃料電池自動車（電気自動車）Ｖに搭載されている。燃料電池自動車Ｖには、燃料電池（発電機）１、バッテリ２、及びモータ３が搭載されている。燃料電池自動車Ｖは、燃料電池１で発電された電力によって走行する。

【0015】

燃料電池１は、発電を行うＦＣスタック（Fuel Cell Stack）を備えている。燃料電池１で発電された電力は、バッテリ２の充電にも利用される。モータ（電動モータ）３は、燃料電池１及びバッテリ２の少なくともいずれかの出力電力によって作動する。モータ３は、燃料電池自動車Ｖに備えられた車輪４を駆動することによって、燃料電池自動車Ｖを走行させる。

【0016】

バッテリ２は、燃料電池１で発電された電力を蓄える。また、バッテリ２は、燃料電池自動車Ｖに搭載された回生ブレーキ等で生成された電力を蓄えることもできる。バッテリ２は、本実施形態においては、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリである。

【0017】

ここで、本実施形態においてバッテリ２として用いられるリン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリでは、一例として、電圧値とＳＯＣとの関係が図２に示されるものとなっている。なお、「電圧値」とは、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）状態でのバッテリ２の電圧値である。以下で説明する「電圧値」についても同じとする。図２に示されるように、バッテリ２では、ＳＯＣが１００％の近傍と０％の近傍とにおいて、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が大きくなっている。つまり、ＳＯＣが１００％の近傍の範囲であるＳＯＣ範囲Ａでは、ＳＯＣが１００％の近傍と０％の近傍との間のＳＯＣ範囲Ｂよりも、電圧値の変化率が大きい。このため、ＳＯＣ範囲Ｂでは、電圧値からＳＯＣを推定することがＳＯＣ範囲Ａに比べて困難となっている。

【0018】

バッテリ管理装置１００は、バッテリ２の管理を行う。本実施形態においてバッテリ管理装置１００は、バッテリ２のＳＯＣ（State Of Charge）を管理することができる。バッテリ管理装置１００によって管理されるバッテリ２のＳＯＣは、例えばモータ３の制御等、燃料電池自動車Ｖにおける種々の制御に利用される。

【0019】

バッテリ管理装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、例えば、ＲＯＭに記録されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。

【0020】

ＥＣＵ１０は、機能的には、ＳＯＣ推定部１１、終了受付部１２、及び電力制御部１３を備えている。ＳＯＣ推定部１１は、バッテリ２の使用状況に基づいてバッテリ２のＳＯＣを推定する。上述したようにバッテリ２は、ＳＯＣが１００％の近傍又は０％の近傍でないと、バッテリ２の電圧値とＳＯＣとの相関に基づいて、電圧値からＳＯＣを求めることが困難である。このため、本実施形態においてＳＯＣ推定部１１は、例えば、電流積算法を用い、充電時及び放電時の電流値を積算した値に基づいてバッテリ２のＳＯＣを推定する。

【0021】

ここで、ＳＯＣ推定部１１が電流積算法によってＳＯＣを推定する場合、電流値の計測誤差等によって、推定されたＳＯＣと実際のバッテリ２のＳＯＣとに誤差が生じる。このため、ＳＯＣ推定部１１は、所定のタイミングで、推定したＳＯＣを補正する。ＳＯＣ推定部１１が行うＳＯＣの補正について、詳しくは後述する。

【0022】

終了受付部１２は、走行終了指示を受け付ける。この走行終了指示とは、燃料電池自動車Ｖの走行を終了する場合に、燃料電池自動車Ｖの乗員が入力する指示である。走行終了指示は、例えば、乗員によって、イグニッションスイッチがオフに操作されたことであってもよい。これに限定されず、走行終了指示は、イグニッションスイッチ以外のスイッチ等の操作に基づいて入力される指示であってもよい。走行終了指示が入力された場合、燃料電池自動車Ｖは走行終了状態となる。

【0023】

電力制御部１３は、燃料電池１から出力された電力によってバッテリ２を充電する制御を実行する。本実施形態において、電力制御部１３は、終了受付部１２によって走行終了指示が受け付けられた場合、バッテリ２の電圧値が予め定められた判定電圧値となるようにバッテリ２を充電する。ここで、予め定められた判定電圧値とは、バッテリ２において、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が大きい電圧範囲内の電圧値である。

【0024】

具体的には、図２に示されるように、バッテリ２のＳＯＣ範囲ＡとＳＯＣ範囲Ｂとは、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量がそれぞれ異なっている。ＳＯＣ範囲Ａは、ＳＯＣ範囲Ｂよりも、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が大きい。つまり、バッテリ２は、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が第１の変化量である第１の電圧範囲（ＳＯＣ範囲Ａに対応する電圧範囲）と、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が第１の変化量よりも小さい第２の変化量である第２の電圧範囲（ＳＯＣ範囲Ｂに対応する範囲）とを有している。判定電圧値は、第１の電圧範囲（ＳＯＣ範囲Ａに対応する電圧範囲）内の電圧値が設定されている。

【0025】

このように、判定電圧値として、本実施形態では、バッテリ２のＳＯＣが１００％近傍のときの電圧値が予め設定されている。電力制御部１３は、判定電圧値となるように燃料電池１の電力によってバッテリ２を充電する。すなわち、電力制御部１３は、ＳＯＣが１００％近傍の予め定められた値となるように、バッテリ２を充電する。

【0026】

つまり、電力制御部１３は、乗員によって走行終了指示が入力された場合、燃料電池自動車Ｖのシステムがシャットダウンされる前に、ＳＯＣが１００％近傍の予め定められた値となるように、燃料電池１を作動させてバッテリ２を充電する。なお、燃料電池自動車Ｖの通常の走行時においては、回生ブレーキ等で生じた電力を蓄えるために、バッテリ２は満充電となっていない。このため、電力制御部１３は、走行終了指示が受け付けられた後、ＳＯＣが１００％近傍となるまで（判定電圧値となるまで）バッテリ２を充電することができる。

【0027】

次に、ＳＯＣ推定部１１が行うＳＯＣの補正について説明する。ＳＯＣ推定部１１は、事前に得られたバッテリ２の電圧値とＳＯＣとの相関に基づいて、バッテリ２の電圧値が判定電圧値であるときのＳＯＣを基準ＳＯＣとして予め記憶しいる。ＳＯＣ推定部１１は、判定電圧値となるように電力制御部１３によってバッテリ２が充電された場合、ＳＯＣの推定値を基準ＳＯＣに基づいて補正する。すなわち、判定電圧値となるまでバッテリ２が充電された状態とは、基準ＳＯＣとなるまでバッテリ２が充電された状態である。

【0028】

ＳＯＣ推定部１１は、ＳＯＣの推定値を補正することとして、ＳＯＣの推定値を基準ＳＯＣの値にする。このように、ＳＯＣ推定部１１は、バッテリ２の充電が終了し、バッテリ２に電流を流していない状態（ＯＣＶ状態）でＳＯＣの補正を行う。

【0029】

つまり、ＳＯＣ推定部１１は、乗員によって走行終了指示が入力され且つバッテリ２の充電が行われた場合にバッテリ２のＳＯＣの推定値を補正する。その後、燃料電池自動車Ｖが再始動された場合、ＳＯＣ推定部１１は、補正されたＳＯＣを基準として、バッテリの使用状況に基づいてバッテリのＳＯＣを推定する。

【0030】

次に、バッテリ管理装置１００で行われるバッテリ２のＳＯＣの推定値の補正処理の流れについて説明する。図３は、バッテリ２のＳＯＣの推定値の補正処理の流れを示すフローチャートである。図３に示されるフローチャートは、燃料電池自動車Ｖが走行可能状態になると共に開始される。図３に示されるように、終了受付部１２は、乗員によって入力された走行終了指示を受け付けたか否かを判定する（Ｓ１０１）。走行終了指示が受け付けられていない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、終了受付部１２は、走行終了指示が受け付けられるまでＳ１０１の判定処理を繰り返す。

【0031】

終了受付部１２によって走行終了指示が受け付けられた場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、電力制御部１３は、燃料電池１の電力によってバッテリ２の充電処理を行う（Ｓ１０２）。そして、電力制御部１３は、バッテリ２の電圧値が予め定められた判定電圧値となったか否かを判定する（Ｓ１０３）。つまり、電力制御部１３は、バッテリ２の充電が完了したか否かを判定する。判定電圧値となっていない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、電力制御部１３は、Ｓ１０２の充電処理を行う。このように、電力制御部１３は、Ｓ１０２及びＳ１０３の処理を繰り返し行うことによって、バッテリ２の電圧値が判定電圧値となるまでバッテリ２を充電する。

【0032】

判定電圧値となった場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ＳＯＣ推定部１１は、予め記憶していた判定電圧値に対応する基準ＳＯＣに基づいて、ＳＯＣの推定値を補正する（Ｓ１０４）。その後、燃料電池自動車Ｖは、システムをシャットダウンし、次の走行の指示されるまで待機する。

【0033】

以上のように、バッテリ管理装置１００では、乗員からの走行終了指示が受け付けられた場合に、判定電圧値となるようにバッテリ２が充電される。すなわち、判定電圧値となるまでバッテリ２が充電されるタイミングとは、燃料電池自動車Ｖの走行が終了し、燃料電池自動車Ｖが停止した状態である。そして、燃料電池自動車Ｖの走行が終了した状態で、ＳＯＣの推定値の補正が行われる。このため、ＳＯＣの補正を行うために行われるバッテリ２の充電が、燃料電池自動車Ｖの走行に影響を与えることがない。従って、バッテリ管理装置１００は、燃料電池自動車Ｖのバッテリ２のＳＯＣを適切なタイミングで補正して管理することができる。そして、バッテリ管理装置１００は、精度の高いバッテリ２のエネルギーマネジメント制御を行うことができ、電費及びドライバビリティの向上を図ることができる。

【0034】

また、ＳＯＣを補正するために行われるバッテリ２の充電は、燃料電池１の電力によって行われる。すなわち、燃料電池自動車Ｖが外部充電器による充電機能を有していない場合であっても、バッテリ２を充電し、ＳＯＣの補正を行うことができる。

【0035】

ここで、例えば、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が小さい場合、バッテリ２の電圧値とＳＯＣとの相関が取りにくい。このため、電力制御部１３は、ＳＯＣの補正を行うために、判定電圧値となるまでバッテリ２を充電する。この判定電圧値は、予め定められたＳＯＣ幅に対する電圧値の変化量が大きい電圧範囲（ＳＯＣ範囲Ａに対応する電圧範囲）内の電圧値とする。これにより、バッテリ管理装置１００は、バッテリ２の電圧値に基づいて所望のＳＯＣとなるように精度よくバッテリ２を充電することができ、ＳＯＣをより精度よく補正できる。

【0036】

バッテリ２は、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリである。ここで、一般に、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリは、特定のＳＯＣの範囲以外の部分において、ＳＯＣと電圧値との相関が取りにくい。このような場合であってもバッテリ管理装置１００は、バッテリ２を充電するときの判定電圧値をＳＯＣとの相関が取りやすい電圧値とすることができ、所望のＳＯＣとなるように精度よくバッテリ２を充電することができる。これにより、バッテリ管理装置１００は、ＳＯＣをより精度よく補正できる。

【0037】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、走行終了指示は、燃料電池自動車Ｖの乗員によって入力されることに限定されない。例えば、燃料電池自動車Ｖが無人で走行する自動運転車両である場合、走行終了指示は、燃料電池自動車Ｖの運行を管理する運行管理者等によって入力されてもよく、予め定められた走行計画に基づく走行が終了した場合にシステムによって自動で入力されてもよい。

【0038】

バッテリ２を充電するための発電機は、燃料電池１に限定されない。燃料電池１に代えて、他の発電機が用いられてもよい。この場合、バッテリ管理装置１００は、燃料電池１以外の発電機を備える電気自動車のバッテリを管理することができる。また、バッテリ２は、リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオンバッテリに限定されない。バッテリ２は、リン酸鉄リチウム以外の材料を用いたリチウムイオンバッテリであってもよく、リチウムイオンバッテリ以外のバッテリであってもよい。

【符号の説明】

【0039】

１…燃料電池（発電機）、２…バッテリ、３…モータ、１１…ＳＯＣ推定部、１２…終了受付部、１３…電力制御部、１００…バッテリ管理装置、Ｖ…燃料電池自動車（電気自動車）。

【図1】

【図2】

【図3】