特許 7363728 電気自動車の電池の管理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】電気自動車の電池の管理装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20231011BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20231011BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20231011BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20231011BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231011BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 P

B60L3/00 S

B60L58/12

H01M10/44 Q

H01M10/48 P

H02J7/02 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020160933

(22)【出願日】2020-09-25

(65)【公開番号】P2022053994

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2022-08-24

(73)【特許権者】

【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】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大西 陽一

(72)【発明者】

【氏名】覚知 誠

(72)【発明者】

【氏名】高橋 理

(72)【発明者】

【氏名】土生 雅和

(72)【発明者】

【氏名】木村 健治

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０１４２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４０９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４９０１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４６７００３６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０

Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気自動車の電池の管理装置であって前記電気自動車の予定稼働状態に応じて前記電池の充電時の上限電力量を調整可能な管理装置であり、
前記管理装置は、前記予定稼働状態を示す稼働情報を取得し、前記稼働情報に基づいて前記上限電力量を決定し、
前記稼働情報には、単位期間当たりの前記電気自動車の予定走行距離が含まれており、前記管理装置は、前記予定走行距離が長いほど前記上限電力量を下げる、管理装置。

【請求項2】

前記電池の残電力量が所定の下限閾値容量を下回った回数を記憶する、請求項１に記載の管理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、電気自動車の電池の管理装置に関する。特に、電気自動車が酷使されることが予定されている場合に電池の劣化を抑える技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車は走行用のモータに電力を供給する電池（再充電が可能な二次電池）を搭載している。電池は、使われ方に依存して劣化が進む。劣化の程度が小さい電池は再利用し得る。特許文献１には、劣化の程度を予測する技術が開示されている。特許文献２には、中古の電池を搭載する電気自動車において、劣化の度合いに応じて電池の入出力を制限し、中古の電池をできるだけ長く使えるようにする技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１４０６３１号公報

【文献】特開２０１８－５５７９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池の劣化の進み具合は電気自動車の使われ方に依存する。酷使される電気自動車の電池は劣化が早く進み、使用頻度の低い電気自動車では電池の劣化の進みが遅い。劣化が過度に進んだ電池は再利用には適さない。本明細書は、酷使されることが予定されている電気自動車の電池の劣化を抑える技術を提供する。電池の劣化を抑えることで、電気自動車が売却されたときの電池の再利用の可能性が高まる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する管理装置は、電気自動車の予定稼働状態に応じて充電時の上限電力量を調整可能であることを特徴とする。管理装置は電気自動車に設けられていてもよいし、充電装置に設けられていてもよい。例えば管理装置に上限電力量調整用のダイアルが設けてあり、ユーザがダイアルを操作し、上限電力量を調整する。例えば通勤で週に３００ｋｍ走行するユーザは、３００ｋｍ（プラス予備の走行距離）に相当する電力量を上限電力量に設定する。そのユーザは週末に電池を充電装置に接続する。電池は例えば５００ｋｍに相当する電力量を蓄える能力があっても、３００ｋｍ（プラス予備の走行距離）に相当する電力量が電池に充電されると管理装置が充電を止める。充電時の上限電力量を抑えることで、高頻度で充電される電池の劣化を抑えることができる。上記の例の場合、「一週間の走行距離が３００ｋｍ」が予定稼働状態に相当する。

【0006】

管理装置は、電気自動車の予定稼働状態を示す稼働情報を取得し、稼働情報に基づいて電池の充電時の上限電力量を自動的に決定するものであってもよい。管理装置は、稼働情報に記された予定稼働状態が高い場合には、上限電力量を低くする。予定稼働状態が決まっている場合には、ユーザを煩わすことなく、電池の劣化を抑えることができる。

【0007】

一例では、稼働情報には単位期間当たりの電気自動車の予定走行距離が含まれており、管理装置は予定走行距離が長いほど上限電力量を下げる。一定の期間に長距離を走るユーザ（すなわち電池を酷使するユーザ）には、上限電力量を下げてこまめに充電させる。ユーザにこまめな充電を強いることになるが、上限電力量を下げることで電池の劣化を抑えることができる。

【0008】

電池は、残電力量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）が過度に低くなっても劣化が進む。そこで、管理装置は、電池の残電力量が所定の下限閾値容量を下回った回数を記憶しておくのもよい。下限閾値容量を下回った回数は電池の劣化の指標に用いることができる。

【0009】

本明細書が開示する技術は、毎日同じルートを走行する商用車など、高い使用頻度で用いられる電気自動車に適用すると、電池の劣化を効果的に抑えることができる。劣化の小さい電池は回収されて再利用に供される可能性が高くなる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施例の管理装置と、管理される電池を搭載した電気自動車のブロック図である。

【図2】管理装置が実行する処理のフローチャートである。

【図3】第２実施例の管理装置を搭載した電気自動車のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の管理装置を説明する。図１に、管理装置２と、電池１２を搭載した電気自動車１０のブロック図を示す。

【0012】

実施例の管理装置２は、電池１２を充電する充電装置２０に備えられている。管理装置２は、中央演算装置３（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）とメモリ４を備えたコンピュータである。メモリ４に格納されたプログラムを中央演算装置３が実行することで、管理装置２は電池１２を管理する機能を実現する。

【0013】

管理装置２は、インターネット３０を介して自動車管理サーバ３１に接続される。自動車管理サーバ３１には、電気自動車１０の識別番号と稼働情報が予め入力されている。識別番号は、予め電気自動車１０に割り当てられている番号であり、自動車管理サーバ３１と、電気自動車１０の制御器１４に記憶されている。稼働情報とは、電気自動車１０の購入者（あるいは利用者、あるいは電気自動車１０の提供者）が入力するデータであり、電気自動車１０の予定されている使い方（予定稼働状態）に関する情報を意味する。稼働情報には、単位期間当たり（一月当たり、あるいは一年当たり）の電気自動車１０の予定走行距離が含まれる。

【0014】

自動車管理サーバ３１には、電池１２の識別番号も記憶されている。電池１２の識別番号には、その電池１２が搭載されている電気自動車１０の識別番号が対応付けられている。

【0015】

電気自動車１０は、不図示の走行用のモータに電力を供給する電池１２、制御器１４、充電装置２０から電力の供給を受けるための充電インレット１３を備えている。電池１２は、例えばリチウムイオン電池であり、再充電が可能な電源である。充電装置２０の充電プラグ２１が充電インレット１３に接続され、充電プラグ２１と充電インレット１３を通じて電池１２に電力が供給される。

【0016】

充電プラグ２１と充電インレット１３のそれぞれは信号端子も備えている。充電プラグ２１が充電インレット１３に接続されると、充電プラグ２１と充電インレット１３を通じて管理装置２と電気自動車１０の制御器１４が通信線で接続される。すなわち、管理装置２と制御器１４が通信可能となる。

【0017】

管理装置２は、充電装置２０に接続される電気自動車の稼働情報に応じて電池１２を充電する際の上限電力量を決定する。充電装置２０は、酷使されることが予定されている電気自動車に対しては上限電力量を下げ、電池の劣化の進行速度を抑える。電気自動車１０が酷使されることが予定されている場合、上限電力量を下げ、電池１２の劣化の速度を抑えることで、電池１２の再利用価値を高めることができる。

【0018】

図２に、管理装置２が実行する処理のフローチャートを示す。図２の処理は、充電プラグ２１が電気自動車１０の充電インレット１３に接続され、管理装置２と制御器１４が通信可能になると開始される。

【0019】

制御器１４に接続された管理装置２は、制御器１４から電気自動車１０の識別番号（車両識別番号）を取得する（ステップＳ２）。次いで管理装置２は、取得した車両識別番号を、インターネット３０を介して自動車管理サーバ３１へ送信する（ステップＳ３）。自動車管理サーバ３１は、電気自動車１０の車両識別番号を取得すると、その車両識別番号に対応付けられた電池１２の識別番号（電池識別番号）と、車両識別番号に対応付けられた稼働情報を管理装置２へ送信する。管理装置２は、自動車管理サーバ３１から送られた稼働情報と電池識別番号を取得する（ステップＳ４）。

【0020】

管理装置２は、取得した稼働情報に基づいて電池１２の上限電力量Ｈ０を決定する（ステップＳ５）。具体的には、管理装置２は、稼働情報に含まれている単位期間当たりの予定走行距離が長いほど、上限電力量Ｈ０を低くする。

【0021】

単位期間当たりの予定走行距離が長いほど、電池の充電頻度が高くなることが予想される。電池の充電頻度が高いほど電池の劣化が進む。一方、充電時の上限電力量が低いほど電池１２の劣化の進行を抑えることができる。予定走行距離が長いほど上限電力量を低くすることで、電池１２の劣化の進行を抑えることができる。その結果、走行距離の長い電気自動車に搭載された電池の再利用の可能性を高めることができる。

【0022】

上限電力量Ｈ０を定めた後、管理装置２は、電池１２の残電力量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を取得する（ステップＳ６）。残電力量ＳＯＣは、電池１２の出力電圧から求められる。制御器１４が電池１２の出力電圧を計測し、残電力量ＳＯＣを求める。得られた残電力量ＳＯＣは管理装置２へ送られる。

【0023】

残電力量ＳＯＣが予め定められている下限閾値容量Ｌ０を下回っている場合、管理装置２は、電池１２のペナルティポイントに１を加算する（ステップＳ７：ＹＥＳ、Ｓ８）。ペナルティポイントとは、電池識別番号に関連付けられている変数であり、自動車管理サーバ３１に記憶されている。電池は下限閾値容量を下回ると劣化する。下限閾値容量を下回る回数が多いほど劣化が進む。電池識別番号に対応付けられたペナルティポイントは、電池の残電力量ＳＯＣが下限閾値容量Ｌ０を下回った回数を示す。ペナルティポイントが大きいほど、電池１２の劣化が進んでいることが判明する。ペナルティポイントは、電池１２の劣化の進み具合を示す指標として、電池１２の再利用の際に参照される。

【0024】

ペナルティポイントは、ステップＳ４にて電池識別番号とともに自動車管理サーバ３１から管理装置２へ送られる。管理装置２は、電池識別番号とともに、加算されたペナルティポイントを自動車管理サーバ３１に送信する。自動車管理サーバ３１は受信した新たなペナルティポイントで古いペナルティポイントを更新する。

【0025】

次に管理装置２は、充電を開始し（ステップＳ９）、電池１２の残電力量ＳＯＣがステップＳ５で決定された上限電力量Ｈ０に達すると、充電を終了する（ステップＳ１０：ＹＥＳ）。

【0026】

管理装置２は、単位期間当たりの予定走行距離が長いほど、充電時の上限電力量を下げる。単位期間当たりの予定走行距離が長いと電池の充電の頻度が高くなる。管理装置２は、充電の頻度が高いほど、電池の充電時の上限電力量を下げる。充電頻度が高くても充電時の上限電力量を低くする方が電池の劣化の進行を抑えることができる。一定の期間に長距離を走るユーザ（すなわち電池を酷使するユーザ）には、上限電力量を下げてこまめに充電させる。ユーザにこまめな充電を強いることになるが、充電時の上限電力量を下げることで、酷使される電池の劣化を抑えることができる。

【0027】

管理装置２は、単位期間当たりの予定走行距離が短いほど、充電時の上限電力量を高くする。充電頻度が低い場合、充電時の上限電力量を高くしても、長い期間が経過した後の電池の劣化は小さい。充電頻度が低い電気自動車では、上限電力量を高くすることで、電気自動車の利便性を高めることができる。

【0028】

（第２実施例）図３を参照して第２実施例の管理装置２ａを説明する。第２実施例の管理装置２ａは、電気自動車１０ａの制御器１４ａに実装されている。制御器１４ａは、中央演算装置１５（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）とメモリ１６を備えたコンピュータである。メモリ１６に格納された電池管理プログラムを中央演算装置１５が実行することで、制御器１４は管理装置２ａとして機能する。メモリ１６には電気自動車１０の走行を制御するプログラムなども格納されており、中央演算装置１５が走行制御用のプログラムを実行することで、電気自動車１０は不図示のモータで走行することができる。

【0029】

管理装置２ａ（制御器１４ａ）には、操作パネル１７が接続されている。操作パネル１７には、電池１２の上限電力量を調整するダイアル１７ａが備えられている。制御器１４ａが管理装置２ａとして機能している間にユーザがダイアル１７ａを操作することで、管理装置２ａが記憶する上限電力量が調整される。管理装置２ａは、充電装置２０が電池１２に電力を供給している間、電池１２の残電力量ＳＯＣをモニタする。残電力量ＳＯＣが調整された上限電力量に達すると、管理装置２ａ（制御器１４ａ）は、充電装置２０のコンピュータ２２に、指令を送り、電力の供給を停止させる。電池１２は、調整された上限電力量までしか充電されない。

【0030】

第２実施例の管理装置２ａでは、電気自動車１０のユーザが電池１２の上限電力量を自由に調整することができる。ユーザが自身の都合に合わせて上限電力量を調整することができる。例えば通勤で週に３００ｋｍ走行するユーザは、３００ｋｍ（プラス予備の走行距離）に相当する電力量を上限電力量に設定する。そのユーザは週末に電池１２を充電装置２０に接続する。電池１２は例えば５００ｋｍに相当する電力量を蓄える能力があっても、３００ｋｍ（プラス予備の走行距離）に相当する電力量が電池に充電されると管理装置２ａ（制御器１４ａ）が充電を止める。充電時の上限電力量を抑えることで、高頻度で充電される電池１２の劣化を抑えることができる。この例の場合、「一週間の走行距離が３００ｋｍ」が予定稼働状態に相当する。

【0031】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第１実施例の管理装置２は、電気自動車に搭載されていてもよい。電気自動車の制御器が管理装置を兼ねてもよい。制御器には予め電気自動車の識別番号が記憶されているので、図２のステップＳ２の処理を省くことができる。

【0032】

稼働情報は予め電気自動車の制御器に記憶されていてもよい。その場合、図２のステップＳ３、Ｓ４の処理も省くことができる。管理装置の機能は電池に付随するコンピュータに実装されていてもよい。第２実施例の管理装置２ａは、充電装置に実装されていてもよい。

【0033】

管理装置は、予定走行距離をいくつかの範囲に分け、範囲ごとに電池の上限電力量を割り当ててもよい。その場合でも、予定走行距離が長い範囲には、小さい上限電力量が割り当てられる。

【0034】

管理装置２（あるいは電気自動車１０の制御器１４）は、電気自動車１０の走行履歴と充電履歴を記憶し、それらの情報から、電気自動車１０の今後の単位期間当たりの予定走行距離（即ち稼働情報）を決定してもよい。具体的には、管理装置２（あるいは電気自動車１０の制御器１４）は、電気自動車１０の過去の一日当たり（一か月当たり、あるいは、一年当たり）の走行距離を、今後の単位期間当たりの予定走行距離として利用してもよい。その場合、管理装置２は、電池１２を搭載した電気自動車１０の走行履歴に基づいて予定走行距離を取得することができる。管理装置２は、取得した予定走行距離に基づいて、充電時の上限電力量を決定する。

【0035】

第１実施例では、電池１２のペナルティポイントは自動車管理サーバ３１に記憶される。この場合、ペナルティポイントを記憶している自動車管理サーバ３１も管理装置２の一部とみなす。すなわち、管理装置２が、電池１２のペナルティポイントを記憶する。

【0036】

電気自動車の予定稼働状態を示す稼働情報には、毎日走行するルート、そのルートを走行した際の加速度の最大値と平均値、頻繁に使う充電ステーションなどの情報が含まれていてもよい。電気自動車の加速度は電池の出力に対応する。電池の出力が大きく変化することも、劣化を進める要因となる。稼働情報には、電池の出力変化が含まれていてもよい。

【0037】

第１実施例の管理装置２は、酷使されることが予定されている電気自動車１０の電池１２の劣化を抑える。別言すれば、管理装置２は、単位期間当たりの予定走行距離が長い電気自動車の電池（走行用モータに電力を供給する電池）の劣化を抑える。単位期間当たりの予定走行距離が長いユーザ（別言すれば電池を酷使するユーザ）に対しては上限電力量を下げることでこまめな充電を強いることになる。しかし、充電時の上限電力量を下げることで電池の劣化は抑えられ、中古電池の価値が上がる。

【0038】

充電頻度の高い電池の劣化を抑えることができると、その電池を搭載した電気自動車が売却されたとき、その電池の再利用価値を高めることができる。電池を除く電気自動車の品質（劣化後の品質）が低かったとしても、電池の品質（劣化後の品質）が高ければ、その電池だけでも再利用され得る。

【0039】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0040】

２、２ａ ：管理装置
３ ：中央演算装置
４ ：メモリ
１０ ：電気自動車
１２ ：電池
１３ ：充電インレット
１４、１４ａ ：制御器
１７ ：操作パネル
１７ａ ：ダイアル
２０ ：充電装置
２１ ：充電プラグ
３０ ：インターネット
３１ ：自動車管理サーバ
Ｈ０ ：上限電力量
Ｌ０ ：下限閾値容量
ＳＯＣ ：残電力量

【図1】

【図2】

【図3】