特開 2024-179017 充放電システム

(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】P2024179017

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】充放電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20241219BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241219BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20241219BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20241219BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 J

H02J7/00 302C

H02J7/00 Y

H01M10/44 P

H01M10/42 P

H01M10/48 P

H01M10/48 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097494

(22)【出願日】2023-06-14

(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】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】青木 嘉範

(72)【発明者】

【氏名】土田 祥生

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503CA08

5G503CB11

5G503EA05

5G503EA08

5G503GD02

5H030AA01

5H030AS20

5H030FF22

5H030FF42

(57)【要約】

【課題】各電池間における容量劣化の偏りを抑制できること。
【解決手段】並列接続の各電池に対し充放電を行う充放電システムは、各電池の温度分布に基づく温度頻度値と各電池のＳＯＣ分布に基づくＳＯＣ頻度値とに基づいて各電池の劣化率を算出し、その劣化率に基づいて各電池の第１満充電容量を推定する第１容量推定手段と、各電池の電流積算値に基づいて算出した各電池の総放電量と、電池の総放電量と満充電容量との関係を示すマップと、に基づいて各電池の第２満充電容量を推定する第２容量推定手段と、第１満充電容量と第２満充電容量とを比較して小さい方の値を各電池の満充電容量と推定する満充電容量推定手段と、各電池の満充電容量に基づいて満充電容量が高い電池には電力が大きく満充電容量が低い電池には電力が小さくなるように通電するための、各電池に対する電力量を決定する電力量決定手段と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

並列に接続されている複数の電池に対し充放電を行う充放電システムであって、
前記各電池の温度分布に基づく温度頻度値と、前記各電池のＳＯＣ分布に基づくＳＯＣ頻度値と、に基づいて前記各電池の劣化率を算出し、該算出した劣化率に基づいて前記各電池の第１満充電容量を推定する第１容量推定手段と、
前記各電池の電流積算値に基づいて各電池の総放電量を算出し、該算出した各電池の総放電量と、予め設定された電池の総放電量と満充電容量との関係を示すマップと、に基づいて、前記各電池の第２満充電容量を推定する第２容量推定手段と、
前記第１容量推定手段により推定された第１満充電容量と、前記第２容量推定手段により推定された第２満充電容量と、を比較して、小さい方の値を前記各電池の満充電容量と推定する満充電容量推定手段と、
前記満充電容量推定手段により推定された各電池の満充電容量に基づいて、該満充電容量が高い電池には電力が大きく、該満充電容量が低い電池には電力が小さくなるように通電するための、各電池に対する電力量を決定する電力量決定手段と、
を備える、充放電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池の充電及び放電を行う充放電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

負荷に対して、それぞれスイッチを介して並列に接続される複数の電池を管理するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２２／０２４８３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記システムにおいては、各電池間のＳＯＣ差に基づきスイッチのオン／オフ制御を行い、各電池の充放電を行っている。このため、各電池に対し均一に電力を充電したり、放電させたりすることができず、また冷却や昇温による温度のばらつき等によって、各電池間において容量劣化に偏りが生じる虞がある。

【0005】

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであり、各電池間における容量劣化の偏りを抑制できる充放電システムを提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本開示の一態様は、
並列に接続されている複数の電池に対し充放電を行う充放電システムであって、
前記各電池の温度分布に基づく温度頻度値と、前記各電池のＳＯＣ分布に基づくＳＯＣ頻度値と、に基づいて前記各電池の劣化率を算出し、該算出した劣化率に基づいて前記各電池の第１満充電容量を推定する第１容量推定手段と、
前記各電池の電流積算値に基づいて各電池の総放電量を算出し、該算出した各電池の総放電量と、予め設定された電池の総放電量と満充電容量との関係を示すマップと、に基づいて、前記各電池の第２満充電容量を推定する第２容量推定手段と、
前記第１容量推定手段により推定された第１満充電容量と、前記第２容量推定手段により推定された第２満充電容量と、を比較して、小さい方の値を前記各電池の満充電容量と推定する満充電容量推定手段と、
前記満充電容量推定手段により推定された各電池の満充電容量に基づいて、該満充電容量が高い電池には電力が大きく、該満充電容量が低い電池には電力が小さくなるように通電するための、各電池に対する電力量を決定する電力量決定手段と、
を備える、充放電システムである。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、各電池間における容量劣化の偏りを抑制できる充放電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る充放電システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。

【図2】各電池の温度分布とＳＯＣ分布の一例を示す図である。

【図3】電池の総放電量と満充電容量の関係を示す２次元マップの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態を通じて本開示を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。

【0010】

以下、図面を参照して本実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る充放電システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る充放電システム１は、例えば、負荷に対し並列に接続されている複数の電池に対し充放電を行うものである。電池は、例えば、単一の電池だけでなく、複数の電池からなる電池パックを含んでいてもよい。

【0011】

本実施形態に係る充放電システム１は、図１に示す如く、第１容量推定部２と、第２容量推定部３と、満充電容量推定部４と、電力量決定部５と、を備えている。

【0012】

なお、充放電システム１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部メモリと、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージデバイスと、ディスプレイなどの周辺機器を接続するための入出力Ｉ／Ｆと、装置外部の機器と通信を行う通信Ｉ／Ｆと、を備えた通常のコンピュータのハードウェア構成を有する。

【0013】

第１容量推定部２は、第１容量推定手段の一具体例である。第１容量推定部２は、各電池の温度分布に基づく温度頻度値と、各電池のＳＯＣ分布に基づくＳＯＣ頻度値と、に基づいて各電池の劣化率を算出する。

【0014】

各電池の温度分布とは、図２（ａ）に示す如く、各電池に設けられた温度センサにより検出された各電池の温度が、予め設定された各温度帯（例えば、－３０℃～－２０℃、・・・、４０℃～５０℃）にある経過時間の分布を示すものである。第１容量推定部２は、この電池の温度分布に基づいて、各温度帯における経過時間を積算することで各電池の温度頻度値を算出する。

【0015】

一方で、各電池のＳＯＣ（State of Charge）分布とは、図２（ｂ）に示す如く、各電池のＳＯＣが、予め設定された各ＳＯＣ値帯（例えば、０％～１０％、・・・、９０％～１００％）にある経過時間の分布を示すものである。なお、第１容量推定部２は、各電池に設けられた電流センサにより検出された電流値と、電圧センサにより検出された電圧値に基づいて、各電池のＳＯＣを算出することができる。第１容量推定部２は、この各電池のＳＯＣ分布に基づいて、各ＳＯＣ値帯における経過時間を積算することで各電池のＳＯＣ頻度値を算出する。

【0016】

続いて、上述した各電池の温度頻度値及びＳＯＣ頻度値の算出方法についてより具体的に説明する。電池は、温度帯毎及びＳＯＣ値帯毎で劣化の度合いが異なる。このため、まず、温度帯毎及びＳＯＣ値帯毎における電池の劣化の度合いを示す劣化係数（％／ｈ）を予め実験的に求め、テーブル情報として第１容量推定部２などに設定する。テーブル情報は、例えば、温度帯－３０℃～－２０℃の場合：劣化係数０．０３、・・・、温度帯４０℃～５０℃の場合：劣化係数０．０１、などであり、温度帯及びＳＯＣ値帯と劣化係数とを夫々紐付けた情報である。

【0017】

第１容量推定部２は、テーブル情報の各温度帯の劣化係数に、各温度帯における経過時間を乗算した乗算値を算出する。例えば、温度帯－３０℃～－２０℃において、経過時間が１０ｈであり、劣化係数が０．０３とする。この場合、第１容量推定部２は、温度帯－３０℃～－２０℃の劣化係数０．０３にその温度帯における経過時間１０ｈを乗算（０．０３×１０）した乗算値０．３を算出する。第１容量推定部２は、上述の如く各温度帯に対して乗算値を夫々算出し、算出した乗算値を積算することで、各電池の温度頻度値を算出する。

【0018】

第１容量推定部２は、上記温度頻度値と同様に、各ＳＯＣ値帯の劣化係数に、各ＳＯＣ値帯における経過時間を乗算した乗算値を夫々算出する。第１容量推定部２は、各ＳＯＣ値帯に対して算出した乗算値を積算することで、各電池のＳＯＣ頻度値を算出する。

【0019】

第１容量推定部２は、上述の如く算出した各電池の温度頻度値と、各電池のＳＯＣ頻度値と、に基づいて各電池の劣化率を算出する。第１容量推定部２は、例えば、各電池の温度頻度値と、各電池のＳＯＣ頻度値と、を積算することで各電池の劣化率を算出する。

【0020】

第１容量推定部２は、上記算出した劣化率に基づいて各電池の第１満充電容量を推定する。第１容量推定部２は、各電池の初期満充電容量に、上記算出した劣化率を乗算することで、現在の各電池の満充電容量を算出し、その算出した現在の各電池の満充電容量を、各電池の第１満充電容量として推定する。

【0021】

第２容量推定部３は、第２容量推定手段の一具体例である。第２容量推定部３は、各電池の電流積算値に基づいて、各電池の総放電量を算出する。第２容量推定部３は、例えば、各電池の電流センサにより検出された電流値を積算することで各電池の電流積算値を算出し、算出した各電池の電流積算値を、各電池の総放電量とする。

【0022】

第２容量推定部３は、算出した各電池の総放電量と、予め設定された電池の総放電量と満充電容量との関係を示すマップと、に基づいて、各電池の第２満充電容量を推定する。

【0023】

図３は、上記電池の総放電量と満充電容量との関係を示す２次元マップの一例を示す図である。例えば、図３に示す如く、第２容量推定部３は、電池の総放電量が２５００Ａｈである場合、この２次元マップに基づいて、その電池の第２満充電容量を１８７．５Ａｈと推定する。

【0024】

満充電容量推定部４は、満充電容量推定手段の一具体例である。満充電容量推定部４は、第１容量推定部２により推定された第１満充電容量と、第２容量推定部３により推定された第２満充電容量と、を比較して、小さい方の値を各電池の満充電容量と推定する。

【0025】

電力量決定部５は、電力量決定手段の一具体例である。電力量決定部５は、満充電容量推定部４により推定された各電池の満充電容量に基づいて、満充電容量が高い電池には電力が大きく、満充電容量が低い電池には電力が小さくなるように通電するための、各電池に対する電力量を決定する。充放電システム１は、電力量決定部５により決定された各電池に対する電力量に基づいて、各電池に対し充電を行う。

【0026】

以上、本実施形態に係る充放電システム１によれば、各電池の劣化率を高精度に推定でき、その劣化率に基づき劣化が進んでいる電池に対する電力を他の電池より小さくし負荷集中を抑えるように、各電池に対する電力量を決定できる。これにより、各電池間における容量劣化の偏りを抑制できる。

【0027】

本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0028】

本開示において、上述した充放電システム１による処理を、プロセッサにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

【0029】

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

【0030】

プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

【0031】

上述した実施形態に係る充放電システム１を構成する各部は、プログラムにより実現するだけでなく、その一部または全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用のハードウェアにより実現することもできる。

【符号の説明】

【0032】

１ 充放電システム、２ 第１容量推定部、３ 第２容量推定部、４ 満充電容量推定部、５ 電力量決定部

【図1】

【図2】

【図3】