特開 2024-175341 電池システム

(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】P2024175341

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】電池システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20241211BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20241211BHJP

   H01M 10/6571 20140101ALI20241211BHJP

   H01M 10/633 20140101ALI20241211BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20241211BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20241211BHJP

   G01R 31/387 20190101ALI20241211BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 B

H01M10/615

H01M10/6571

H01M10/633

G01R31/382

G01R31/385

G01R31/387

H02J7/00 P

H02J7/00 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093049

(22)【出願日】2023-06-06

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】右田 翼

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 浩

(72)【発明者】

【氏名】小倉 陽一

(72)【発明者】

【氏名】向井 大介

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H031

【Ｆターム（参考）】

2G216BA01

2G216BA41

2G216BA61

2G216CA01

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA11

5G503CB11

5G503DA07

5G503DA08

5G503EA05

5G503FA06

5G503GD03

5G503GD04

5G503GD06

5H031CC09

5H031KK03

(57)【要約】

【課題】二次電池の満充電容量の推定に要する時間が長くなるのを抑制することが可能な電池システムを提供する。
【解決手段】電池システム１００は、バッテリ２００（二次電池）と、バッテリ２００を昇温するヒータ１６０（昇温部）と、を備える。電池システム１００は、バッテリ２００の充電の開始時においてバッテリ２００のＳＯＣが所定値以下でかつバッテリ２００の分極が生じていない場合に、バッテリ２００の充電時における温度をヒータ１６０により上昇させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機器に搭載される電池システムであって、
二次電池と、
前記二次電池を昇温する昇温部と、を備え、
前記二次電池の充電の開始時において前記二次電池のＳＯＣが所定値以下でかつ前記二次電池の分極が生じていない場合に、前記二次電池の充電時における温度を前記昇温部により上昇させる、電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１７－４９１８８号公報（特許文献１）には、電池のＯＣＶに基づいて電池の満充電容量を推定することが開示されている。上記特許文献１では、充電後に電池の分極を解消するために電池が昇温されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－４９１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１では、充電後に電池が昇温されているため、充電後の電池の温度が低い場合、電池の分極が解消する要する時間が長くなる。電極の分極が解消されないと満充電容量を正確に推定することが困難となる。したがって、満充電容量の推定に要する時間が長くなる。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池の満充電容量の推定に要する時間が長くなるのを抑制することが可能な電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一の局面に係る電池システムは、電気機器に搭載される電池システムであって、二次電池と、二次電池を昇温する昇温部と、を備え、二次電池の充電の開始時において二次電池のＳＯＣが所定値以下でかつ二次電池の分極が生じていない場合に、二次電池の充電時における温度を昇温部により上昇させる。

【0007】

本開示の一の局面に係る電池システムは、上記のように、二次電池の充電時における温度を昇温部により上昇させる。これにより、充電終了時における電池の温度を容易に高くすることができる。その結果、二次電池の分極を解消するために、充電後に二次電池を昇温させる時間を短縮化することができる。これにより、二次電池の満充電容量の推定に要する時間が長くなるのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、二次電池の満充電容量の推定に要する時間が長くなるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態による電動車両と充電スタンドとの構成を示す図である。

【図2】バッテリの充電時間とＳＯＣとの関係を示す図である。

【図3】一実施形態によるＥＣＵの制御を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

＜全体構成＞
図１は、電池システム１００を備える電動車両１０１の全体構成を概略的に示す図である。電動車両１０１は、走行用の電力を蓄電するバッテリ２００を備える。電動車両１０１は、たとえば、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）、および、ＦＣＥＶ（Fuel Cell Electric Vehicle）を含む。バッテリ２００は、たとえば、固体の電解質を含む全固体電池である。バッテリ２００が、液体の電解質を含む電池であってもよい。なお、電動車両１０１およびバッテリ２００は、それぞれ、本開示の「電気機器」および「二次電池」の一例である。

【0012】

電動車両１０１は、制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１１０と、監視モジュール１２０と、走行駆動部１３０と、プラグ接続部１５０と、ヒータ１６０と、冷却システム１７０と、をさらに備える。なお、電池システム１００は、ＥＣＵ１１０と、監視モジュール１２０と、ヒータ１６０と、冷却システム１７０と、バッテリ２００とを備える。なお、ヒータ１６０は、本開示の「昇温部」の一例である。

【0013】

ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の充電制御を行う。ＥＣＵ１１０は、プロセッサ１１１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１２と、記憶装置１１３とを含む。

【0014】

ＥＣＵ１１０は、コンピュータであってもよい。プロセッサ１１１はＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。ＲＡＭ１１２は、プロセッサ１１１によって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。

【0015】

記憶装置１１３は、格納された情報を保存可能に構成される。記憶装置１１３には、プログラムのほか、プログラムで使用される情報（たとえば、マップ、数式、および各種パラメータ）が記憶されている。記憶装置１１３に記憶されているプログラムをプロセッサ１１１が実行することで、ＥＣＵ１１０における各種制御が実行される。

【0016】

監視モジュール１２０は、バッテリ２００の状態（たとえば、電圧、電流、および温度）を検出する各種センサを含み、検出結果をＥＣＵ１１０へ出力する。監視モジュール１２０は、上記センサ機能に加えて、ＳＯＣ（State Of Charge）推定機能、ＳＯＨ（State of Health）推定機能、セル電圧の均等化機能、診断機能、および通信機能をさらに有するＢＭＳ（Battery Management System）であってもよい。

【0017】

走行駆動部１３０は、ＰＣＵ（Power Control Unit）とＭＧ（Motor Generator）とを含み（共に図示せず）、バッテリ２００の電力により電動車両１０１を走行させる。

【0018】

プラグ接続部１５０は、充電スタンド３００に備えられる充電ケーブル３０１の先端の充電プラグ３０２が接続される。バッテリ２００は、充電プラグ３０２がプラグ接続部１５０に接続された状態で、充電スタンド３００から供給される電力が充電される。

【0019】

ヒータ１６０は、バッテリ２００に熱を供給することにより、バッテリ２００を昇温する。プロセッサ１１１は、ヒータ１６０のオンオフおよび設定温度の各々を制御する。

【0020】

冷却システム１７０は、バッテリ２００を冷却する機能を有する。冷却システム１７０は、たとえば、バッテリ２００との間において熱のやり取りが行われる冷媒を冷却するチラー装置を含んでいてもよい。また、冷却システム１７０は、ラジエータを含んでいてもよい。また、冷却システム１７０は、上記冷媒が流通する冷媒経路および冷媒経路の切替装置（共に図示せず）を含んでいてもよい。

【0021】

図２は、車両停止後に充電を行う場合の例を示す図である。図１の横軸は時間ｔで、縦軸はＳＯＣである。ＳＯＣとＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とは関連付けができるので、縦軸のＳＯＣは、対応するＯＣＶと読み替えることができる。

【0022】

時間ｔ１までの期間は電動車両１０１が走行中の状態である。時間ｔ１までバッテリ２００のＳＯＣが低下する放電が継続されていたため、時間ｔ１においてバッテリ２００に分極が生じている。

【0023】

図２の例では、時間ｔ１から時間が経過するに従いＯＣＶが上昇し、時間ｔ２で略一定のＯＣＶ１となる。時間ｔ１から時間ｔ２の間のＯＣＶの上昇はΔＶｐｓである。ΔＶｐｓの大きさは、放電停止直後の時間ｔ１に生じている分極電圧である。ＯＣＶ１は、放電停止のときの本来のＯＣＶである。

【0024】

時間ｔ２は、バッテリ２００の充電が開始される時間である。ＥＣＵ１１０は、ＯＣＶ１から推定される充電前のＳＯＣから、予め定められた充電上限ＳＯＣまで充電するのに要する電流時間積（Ａｈ）を概算する。また、ＥＣＵ１１０は、充電可能な時間の長さに基づいて充電電流を設定し、上記充電電流により充電することを電力変換器（図示せず）に指示する。設定された電流時間積になれば、充電スタンド３００からの電力の供給を停止する。図２では、時間ｔ３において充電電力の供給が停止される。

【0025】

時間ｔ２から時間ｔ３の間が充電期間である。ＥＣＵ１１０は、この充電期間を充電電流積算期間とする。ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００へ供給電流値を充電電流積算期間について積算し、充電期間における充電電流積算値（Ａｈ）を算出する。

【0026】

図２の例では、時間ｔ３から時間が経過するに従いＯＣＶが低下し、時間ｔ４において略一定のＯＣＶ２となる。時間ｔ３から時間ｔ４の間のＯＣＶの低下はΔＶｐｅである。このΔＶｐｅの大きさが、充電停止直後の時間ｔ３に生じている分極電圧である。ＯＣＶ２は、充電停止のときの本来のＯＣＶである。

【0027】

ここで、従来のシステムでは、充電直後の分極を速やかに解消させるために、充電後にバッテリを昇温させる場合がある。しかしながら、充電後のバッテリの昇温に比較的長い時間を要する場合、分極の解消に時間がかかるため、バッテリの満充電容量の推定を速やかに完了させるのが困難になる。

【0028】

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１１０（プロセッサ１１１）は、バッテリ２００の充電制御の開始時においてＳＯＣが所定値以下でかつＯＣＶの分極が生じていない場合に、バッテリ２００の充電時における温度をヒータ１６０により上昇させる。言い換えると、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００が昇温された状態で充電が行われるようにヒータ１６０を作動（オン）させる。具体的には、プロセッサ１１１は、充電前の分極が解消された時間ｔ２から充電が終了する時間ｔ３の間において、ヒータ１６０を作動（オン）させる。

【0029】

これにより、充電中にバッテリ２００が昇温されるので、充電後の分極を解消させるためにバッテリ２００の昇温に要する時間（ｔ４－ｔ３）を短くすることができる。

【0030】

＜ＥＣＵの制御フロー＞
図３を参照して、ＥＣＵ１１０（プロセッサ１１１）による、バッテリ２００の満充電容量を推定する制御フローを説明する。なお、ＥＣＵ１１０は、プラグ接続部１５０に充電プラグ３０２が接続されることに応じて図３に示す制御フローを開始してもよい。

【0031】

ステップＳ１において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００が分極しているか否かを判定する。ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の電圧（ＯＣＶ）の時間についての変化率（ｄＶ／ｄｔ）の絶対値が所定値（たとえば０）よりも大きいか否かに基づいて、分極の有無を判定する。ＥＣＵ１１０は、上記絶対値が上記所定値よりも大きい場合、バッテリ２００は分極していると判定する。バッテリ２００が分極していると判定された場合（Ｓ１においてＹｅｓ）、分極が解消されるまでＳ１の処理が繰り返される。バッテリ２００が分極していないと判定された場合（Ｓ１においてＮｏ）、処理はステップＳ２に進む。

【0032】

ステップＳ２において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００のＯＣＶ（図２のＯＣＶ１）の情報を取得する。

【0033】

ステップＳ３では、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ２のＯＣＶ１に応じたＳＯＣが所定値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、バッテリ２００の満充電容量の推測に必要なＳＯＣ幅が確保可能な値である。たとえば、必要なＳＯＣ幅が５０％でかつ目標ＳＯＣが８０％の場合、上記所定値は３０％（８０％－５０％）となる。ＳＯＣが所定値よりも小さい場合（Ｓ３においてＹｅｓ）、処理はステップＳ３に進む。ＳＯＣが所定値以上である場合（Ｓ３においてＮｏ）、処理は終了する。

【0034】

ステップＳ４では、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の満充電容量推定条件が成立したと判定する。

【0035】

ステップＳ５では、ＥＣＵ１１０は、ヒータ１６０によるバッテリ２００の昇温を開始するＳＯＣを算出する。たとえば、ＥＣＵ１１０は、充電開始時のＳＯＣを引数とするｍａｐ関数を用いて、バッテリ２００の昇温を開始するＳＯＣ（以下、閾値Ａとする）を算出する。なお、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ４においてバッテリ２００の満充電容量推定条件が成立したと判定されたことに応じてヒータ１６０をオンにしてもよい。

【0036】

ステップＳ６において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の充電を開始する。これにより、バッテリ２００のＳＯＣが上昇し始める。

【0037】

ステップＳ７では、ＥＣＵ１１０は、現在のバッテリ２００のＳＯＣがステップＳ５の閾値Ａ以上になったか否かを判定する。現在のＳＯＣが閾値Ａ以上の場合（Ｓ７においてＹｅｓ）、処理はステップＳ８に進む。現在のＳＯＣが閾値Ａよりも小さい場合（Ｓ７においてＮｏ）、ＳＯＣが閾値Ａ以上になるまでステップＳ７の処理が繰り返される。

【0038】

ステップＳ８において、ＥＣＵ１１０は、ヒータ１６０をオンさせることにより、バッテリ２００の昇温を開始する。なお、ヒータ１６０の出力（設定温度）は、予め設定されている設定値が用いられてよい。

【0039】

ステップＳ９において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の充電が終了したか否かを判定する。たとえば、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００のＳＯＣが目標ＳＯＣ以上になった場合に、バッテリ２００の充電が終了したと判定してもよい。また、ＥＣＵ１１０は、予め設定されていた充電時間が経過した場合に、バッテリ２００の充電が終了したと判定してもよい。バッテリ２００の充電が終了したと判定された場合（Ｓ９においてＹｅｓ）、処理はステップＳ１０に進む。バッテリ２００の充電が終了していないと判定された場合（Ｓ９においてＮｏ）、充電が終了するまでステップＳ９の処理が繰り返される。

【0040】

ステップＳ１０において、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１と同様に、バッテリ２００が分極しているか否かを判定する。バッテリ２００が分極していると判定された場合（Ｓ１０においてＹｅｓ）、処理はステップＳ１１に進む。バッテリ２００が分極していないと判定された場合（Ｓ１０においてＮｏ）、処理はステップＳ１４に進む。

【0041】

ステップＳ１１において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の分極が軽度か否かを判定する。たとえば、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１０において算出されたバッテリ２００の電圧（ＯＣＶ）の時間変化率（ｄＶ／ｄｔ）が閾値以下である場合に、分極が軽度であると判定する。分極が軽度である場合（Ｓ１１においてＹｅｓ）、処理はステップＳ１２に進む。分極が軽度ではない場合（Ｓ１１においてＮｏ）、処理はステップＳ１３に進む。

【0042】

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１１０は、所定時間待機する。これにより、ヒータ１６０によりバッテリ２００が昇温された状態が所定時間継続されるので、バッテリ２００の分極が徐々に解消される。その後、処理はステップＳ１０に戻る。

【0043】

ステップＳ１３において、ＥＣＵ１１０は、ヒータ１６０の設定温度を上昇させて、バッテリ２００の昇温を継続する。なお、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の分極度合いに応じて、ヒータ１６０の設定温度の上昇率を変化させてもよい。

【0044】

ステップＳ１４において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００のＯＣＶ（図２のＯＣＶ２）の情報を取得する。

【0045】

ステップＳ１５において、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００の満充電容量を推測する処理を行う。具体的には、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ２におけるＯＣＶ１に対応するＳＯＣ（ＳＯＣ１とする）と、ステップＳ１４におけるＯＣＶ２に対応するＳＯＣ（ＳＯＣ２）と、充電期間における充電電流積算値（Ａｈ）とに基づいて、満充電容量を算出する。詳細には、満充電容量（Ａｈ）＝｛充電電流積算値（Ａｈ）／（ＳＯＣ２－ＳＯＣ１）｝×１００という数式により算出される。

【0046】

ステップＳ１６において、ＥＣＵ１１０は、ヒータ１６０をオフさせて、バッテリ２００の昇温を終了する。

【0047】

ステップＳ１７において、ＥＣＵ１１０は、冷却システム１７０により、バッテリ２００を冷却させる。たとえば、ＥＣＵ１１０は、バッテリ２００と熱交換する流路に冷却された冷媒を流通させるように、流路を切り替えてもよい。これにより、バッテリ２００の温度を速やかに低下させることができるので、バッテリ２００が劣化するのを抑制することができる。その後、処理は終了する。

【0048】

以上のように、本実施形態では、電池システム１００は、バッテリ２００の充電の開始時にＳＯＣが所定値以下でかつＯＣＶの分極が生じていない場合に、バッテリ２００の充電時における温度をヒータ１６０により上昇させる。これにより、充電中にバッテリ２００を昇温させることができるので、充電直後のバッテリ２００の温度を高くすることができる。その結果、充電後にバッテリ２００の分極を速やかに解消させることができる。これにより、バッテリ２００の満充電容量の推定に要する時間を短縮化することができる。

【0049】

上記実施形態では、ヒータ１６０によりバッテリ２００を昇温する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、ＰＣＵ等から熱を得た冷媒がバッテリ２００と熱交換する流路を通るように流路を切り替えることにより、バッテリ２００を昇温してもよい。

【0050】

上記実施形態では、冷却システム１７０によりバッテリ２００を冷却する例を示したが、本開示はこれに限られない。冷却システム１７０を用いずに自然冷却によりバッテリ２００の温度を低下させてもよい。

【0051】

上記実施形態では、充電後の分極が軽度でない場合にヒータの温度を上げる例を示したが、本開示はこれに限られない。分極が軽度でない場合も所定時間待機させてもよい。

【0052】

上記実施形態では、バッテリ２００が電動車両１０１に搭載される例を示したが、本開示はこれに限られない。電動車両１０１以外の電気機器（たとえば定置式の蓄電装置等）に搭載されるバッテリに上記実施形態の制御が適用されてもよい。

【0053】

上記実施形態では、バッテリ２００の充電中（または充電開始時）にヒータ１６０がオンされる例を示したが、本開示はこれに限られない。バッテリ２００の充電時にはヒータ１６０がオンされているのが通常である場合は、バッテリ２００の充電中（または充電開始時）にヒータ１６０の温度を通常時よりも高くする制御が行われてもよい。

【0054】

上記実施形態では、充電開始の所定時間後にヒータをオンさせる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、充電開始時にヒータをオンし、充電終了までにヒータをオフしてもよい。また、充電期間中に間欠的にヒータをオンさせてもよい。

【0055】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１００ 電池システム，１０１ 電動車両（電気機器），１１０ ＥＣＵ，１６０ ヒータ（昇温部），１７０ 冷却システム，２００ バッテリ（二次電池）。

【図1】

【図2】

【図3】