特許 7577871 電気装置

(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】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】電気装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20241028BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20241028BHJP

   G01R 31/3842 20190101ALI20241028BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241028BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241028BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

G01R31/389

G01R31/3842

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H02J7/00 Y

H02J7/00 302A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023550918

(86)(22)【出願日】2021-09-30

(86)【国際出願番号】 JP2021036162

(87)【国際公開番号】W WO2023053352

(87)【国際公開日】2023-04-06

【審査請求日】2023-12-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神野 達哉

(72)【発明者】

【氏名】柴田 健次

【審査官】堀 圭史

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１７０５８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１４５３０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／３９６

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリユニットと、
前記バッテリユニットの出力電圧を変換する電力変換器と、
前記電力変換器により変換された電圧に基づいて所定の機能を実現する機能部と、
前記バッテリユニットから前記電力変換器への電流を検出する電流検出部と、
前記電力変換器の駆動制御を行うプロセッサと、を備える電気装置であって、
前記プロセッサは、
前記電力変換器にＡＣ電圧を出力させ且つ該ＡＣ電圧の周波数を順に変え、
前記順に変わる周波数の帯域において得られる前記電流検出部の検出結果に基づいて前記バッテリユニットの劣化度合いを評価し、
前記評価の結果に基づいて前記バッテリユニットの使用が制限されるべき環境を特定し、
前記電力変換器は、前記ＡＣ電圧を出力可能に構成された複数のトランジスタを含んでおり、前記評価は、更に、該複数のトランジスタを制御するための制御信号と前記ＡＣ電圧との位相差に基づいて行われる
ことを特徴とする電気装置。

【請求項2】

前記電流検出部の検出結果はＡＣ電流であり、
前記プロセッサは、前記電力変換器が出力するＡＣ電圧と、前記電流検出部が検出するＡＣ電流との位相差に基づいて前記評価を行う
ことを特徴とする請求項１記載の電気装置。

【請求項3】

前記プロセッサは、前記電流検出部の検出結果をフーリエ変換して前記バッテリユニットの内部インピーダンスを算出し、その算出結果に基づいて前記評価を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気装置。

【請求項4】

前記プロセッサは、前記評価を行うのに際して所定のルックアップテーブルを参照する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項記載の電気装置。

【請求項5】

前記バッテリユニットの温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記ルックアップテーブルは、複数のルックアップテーブルの１つであり、
前記プロセッサは、前記複数のルックアップテーブルから前記温度検出部の検出結果に対応する１つを選択して参照する
ことを特徴とする請求項４記載の電気装置。

【請求項6】

前記プロセッサは、前記評価の結果に基づいて前記バッテリユニットの交換が必要であることを通知する
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項記載の電気装置。

【請求項7】

前記電気装置は車両であり、前記機能部は走行機能を実現する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項記載の電気装置。

【請求項8】

前記電気装置は作業機であり、前記機能部は作業機能を実現する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項記載の電気装置。

【請求項10】

前記プロセッサは、前記評価の結果に基づいて、前記電力変換器からの出力が制限されるべきＡＣ電圧の周波数を特定する
ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項記載の電気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主に電気装置が備えるバッテリユニットの劣化度合いの評価に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機、車両等の電気装置に搭載されうるバッテリユニットは、その劣化度合いに応じて交換が必要となる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５６１８５７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バッテリユニットの使用態様は、その搭載対象の電気装置の用途によって異なりうるため、バッテリユニットの劣化度合いをより適切に評価する技術が一般に求められうる。

【0005】

本発明は、バッテリユニットの劣化度合いについて適切な評価を比較的簡便に実現可能とすることを例示的目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１側面は電気装置に係り、前記電気装置は、
バッテリユニットと、
前記バッテリユニットの出力電圧を変換するインバータと、
前記インバータにより変換された電圧に基づいて所定の機能を実現する機能部と、
前記バッテリユニットから前記インバータへの電流を検出する電流検出部と、
前記インバータの駆動制御を行うプロセッサと、を備える電気装置であって、
前記プロセッサは、
前記インバータにＡＣ電圧を出力させ且つ該ＡＣ電圧の周波数を順に変え、
前記順に変わる周波数の帯域において得られる前記電流検出部の検出結果に基づいて前記バッテリユニットの劣化度合いを評価し、
前記評価の結果に基づいて前記バッテリユニットの使用が制限されるべき環境を特定し、
前記電力変換器は、前記ＡＣ電圧を出力可能に構成された複数のトランジスタを含んでおり、前記評価は、更に、該複数のトランジスタを制御するための制御信号と前記ＡＣ電圧との位相差に基づいて行われる
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、上記評価を適切に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】電気装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】バッテリユニットの劣化度合いの評価方法の例を示すフローチャートである。

【図3】評価用のルックアップテーブルの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでするものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

（システム構成）
図１は、実施形態に係る電気装置１の構成の一例を示すブロック図である。電気装置１は、バッテリユニット１１、電力変換器１２、機能部１３、電圧検出部１４、電流検出部１５、温度検出部１６およびプロセッサ１７を備える。バッテリユニット１１は典型的にはＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧を出力する。バッテリユニット１１には、例えばリチウムイオン電池等、充放電が可能な二次バッテリが用いられうる。バッテリユニット１１は単にバッテリと表現されてもよい。

【0011】

電力変換器１２は、バッテリユニット１１の出力電圧を変換可能に構成される。本実施形態では、電力変換器１２は、直列および並列に設けられた複数のトランジスタＭ１～Ｍ４を含み、其れらが個別に導通状態または非導通状態となることにより、バッテリユニット１１の出力電圧をＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧に変換する。電力変換器１２はインバータと表現されてもよい。トランジスタＭ１～Ｍ４には、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、バイポーラトランジスタ等、公知のスイッチ素子が用いられればよい。

【0012】

機能部１３は、電力変換器１２により変換された電圧に基づいて所定の機能を実現する。機能の概念には、電気装置１の用途を実現する機能が含まれ、該機能は電気装置１の主機能であってもよいし副機能であってもよい。このような機能部１３は、電気装置１の内部負荷として電力変換器１２に接続される。付随的に、不図示の外部負荷が外部接続用の端子Ｔ１により電力変換器１２に接続可能であってもよい。

【0013】

本実施形態では、電気装置１は作業機とし、該機能は作業機能とする。作業の例には、芝刈作業、除雪作業、農作業等が挙げられる。他の実施形態として、電気装置１は車両であってもよく、その場合、該機能は走行機能となりうる。或いは、電気装置１は車輪を備えない移動体（例えば船舶等）であってもよく、その場合、該機能は移動機能ないし推進機能となりうる。即ち、電気装置１の概念には、電気エネルギーに基づいて所定の機能を実現する任意の装置が含まれうる。他の観点で、電気装置１は、ＣＢＵ（Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ Ｂｕｉｌｔ－Ｕｐ）等とも表現されうる。

【0014】

詳細については後述とするが、電圧検出部１４は、電力変換器１２の出力電圧を検出可能に構成される。電圧検出部１４には公知の電圧計が用いられうる。また、電流検出部１５は、バッテリユニット１１から電力変換器１２への電流を検出可能に構成される。電流検出部１５には公知の電流計が用いられうる。また、温度検出部１６は、バッテリユニット１１の温度を検出可能に構成される。温度検出部１６には公知の温度センサが用いられうる。

【0015】

プロセッサ１７は、電気装置１のシステム全体の制御を行うシステムコントローラ（或いは単にコントローラ）として機能し、電気装置１が備える要素の個々を駆動制御する。詳細については後述とするが、プロセッサ１７は、例えばドライバ１８により複数のトランジスタＭ１～Ｍ４のそれぞれに正弦波の制御信号を送出し、それにより電力変換器１２を駆動制御する。

【0016】

プロセッサ１７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１７１、メモリ１７２および通信インタフェース１７３を含む。ここで説明されるプロセッサ１７の機能は、ＣＰＵ１７１が所定のプログラムをメモリ１７２上に展開して実行することにより実現される。メモリ１７２の概念には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の他、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）が包含されうる。プログラムは、ＲＯＭから読み出されてもよいし、通信インタフェース１７３を介して読み出されてもよい。

【0017】

尚、プロセッサ１７は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の半導体装置で構成されてもよく、即ち、プロセッサ１７の機能は、ハードウェア及びソフトウェアの何れによって実現されてもよい。

【0018】

（バッテリユニットの劣化度合いの評価について）
図２は、バッテリユニット１１の劣化度合いの評価方法の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの各ステップは主にプロセッサ１７により実行される。その概要は、電力変換器１２が出力するＡＣ電圧の周波数を変えながら、その間のバッテリユニット１１の出力電流に基づいてバッテリユニット１１の劣化度合いを評価する、というものである。

【0019】

ステップＳ１０１０（以下、単に「Ｓ１０１０」とする。後述の他のステップについても同様とする。）では、複数のトランジスタＭ１等を制御して電力変換器１２にＡＣ電圧を出力させ、その際、該ＡＣ電圧の周波数を順に変える（スイープさせる）。これに伴い、バッテリユニット１１は、周波数を変えながらＡＣ電流を電力変換器１２に出力することとなる。尚、周波数は、低周波および高周波の一方から他方に変えられてもよいし、往復するように変えられてもよい。

【0020】

Ｓ１０２０では、上記Ｓ１０１０により順に変わる周波数の帯域について、電圧検出部１４および電流検出部１５の検出結果を取得する。電圧検出部１４は、上記Ｓ１０１０で電力変換器１２が周波数を変化させながら出力するＡＣ電圧を検出し、その結果をコントローラ１７に出力する。電流検出部１５は、上記Ｓ１０１０でバッテリユニット１１が周波数を変化させながら出力するＡＣ電流を検出し、その結果をコントローラ１７に出力する。

【0021】

ここで、図１に示されるように、電力変換器１２が出力するＡＣ電圧の周波数を順に変えている間、バッテリユニット１１から電力変換器１２への電流波形は変動し、その電流値は電流検出部１５により検出されうる。これと共に、電力変換器１２が出力する電圧波形は変動し、その電圧値は電圧検出部１４により検出されうる。

【0022】

Ｓ１０３０では、周波数が変化するＡＣ電圧（電圧検出部１４の検出結果）と、その間のＡＣ電流（電流検出部１５の検出結果）とに基づいてバッテリユニット１１の劣化度合いを評価し、該劣化度合いが基準を満たす場合には本フローチャートを終了とし、そうでない場合にはＳ１０４０に進む。評価方法の詳細については後述とする。

【0023】

Ｓ１０４０では、バッテリユニット１１の劣化度合いが基準を満たさないと判定されたことに応じてバッテリユニット１１の交換が必要であることを通知し、本フローチャートを終了とする。この通知は、電気装置１に設けられうる所定の通知部（例えば表示パネル、ＬＥＤ光源、音源など）を介してユーザに対して行われればよい。

【0024】

ここで、バッテリユニット１１の充放電が繰り返されると、バッテリユニット１１が劣化し、例えばバッテリユニット１１が内蔵する電解液の変性等に起因して、その充電能力および放電能力は低下しうる。その度合いは、バッテリユニット１１の内部インピーダンス（或る周波数における抵抗成分、リアクタンス成分およびキャパシタンス成分）が基準を満たすか否かに基づいて評価可能である。以下の説明において、バッテリユニット１１の劣化度合いの評価は単に「評価」と表現する場合がある。

【0025】

一般に、劣化度合いの評価結果は環境によって変動しうる。例えば、電力変換器１２により変換して出力されるＡＣ電圧の周波数帯域によっては、バッテリユニット１１は使用可能な場合もあるし、該使用が控えられるべき場合（バッテリユニット１１の交換が必要な場合）もある。また、バッテリユニット１１の温度によっては、バッテリユニット１１は使用可能な場合もあるし、該使用が控えられるべき場合もある。そのため、評価は、多面的に行われることが求められうる。

【0026】

一例として、バッテリユニット１１の内部インピーダンスを算出し、バッテリユニット１１の交換の要否が判定されてもよい。

【0027】

図３は、評価の際に参照されるルックアップテーブルＴｂ１の一例を示す。ルックアップテーブルＴｂ１には、バッテリユニット１１の出力許容電力（単位［Ｗ（ワット）］）が個々の内部インピーダンスに対応して設定されうる。ルックアップテーブルＴｂ１は、所定の温度範囲（例えば－４０～＋１６０［℃］）に対応する複数のルックアップテーブルを含み、其れらのなかから温度検出部１６の検出結果に対応する１つが選択して参照されればよい。このようなルックアップテーブルＴｂ１によれば、例えば、機能部１３の駆動に要する電力に基づいてバッテリユニット１１の使用の可否が判定可能となる。

【0028】

このような態様によれば、評価は、電気装置１の用途に応じた態様で行われればよく、即ち、ルックアップテーブルＴｂ１は個別に設定されればよい。また、このような態様によれば、上記算出された内部インピーダンスのみに基づいて評価が行われるわけではない。そのため、例えばバッテリユニット１１の使用が制限されるべき環境（温度、周波数など）、劣化の詳細をも特定ないし推定可能となる。尚、ルックアップテーブルＴｂ１は、参照テーブル、参照マップ等と表現されてもよい。

【0029】

代替的／付随的に、評価対象の周波数帯域における複数の周波数の其々について個別に評価が行われてもよい。例えば、バッテリユニット１１の使用が制限されるべきと判定された周波数が基準より高い場合（所定の周波数以上の帯域ではバッテリユニット１１の使用が制限されるべき場合など）には、バッテリユニット１１の交換が必要であると判定されうる。このような演算処理の際、温度検出部１６の検出結果に基づく補正が行われてもよい。

【0030】

他の例として、評価は、電流検出部１５の検出結果をフーリエ変換することで算出されうるバッテリユニット１１の内部インピーダンスに基づいて行われうる。これにより、評価対象の周波数帯域（例えば数［Ｈｚ（ヘルツ）］～数［ＭＨｚ（メガヘルツ）］）におけるバッテリユニット１１の内部インピーダンスに基づいてバッテリユニット１１の交換の要否を一律に判定可能となる。このような演算処理の際にも、温度検出部１６の検出結果に基づく補正が行われてもよい。

【0031】

更に他の例として、バッテリユニット１１の劣化度合いによっては、電力変換器１２が出力するＡＣ電圧と、電流検出部１５が検出するＡＣ電流との位相差が、初期値（例えばバッテリユニット１１の交換直後の位相差）から変動してしまうことも考えられる。そのため、評価は、電力変換器１２が出力するＡＣ電圧と、電流検出部１５が検出するＡＣ電流との位相差に基づいて行われてもよい。代替的／付随的に、複数のトランジスタＭ１～Ｍ４の制御態様と上記ＡＣ電圧（又はＡＣ電流）との位相差が初期値から変動してしまうことも考えられる。そのため、更に他の例として、評価は、電力変換器１２の制御信号との位相差に更に基づいて行われてもよい。これらの場合においても、温度検出部１６の検出結果に基づく補正が行われてもよい。

【0032】

本実施形態によれば、バッテリユニット１１の劣化度合いの評価を比較的簡便にかつ多面的に実現可能であり、評価用の外部装置を用いる必要もなく、該評価を電気装置１自体で行うことが可能である。そのため、本実施形態によれば、電気装置１のユーザビリティの向上にも有利と云える。

【0033】

（その他）
上述の実施形態で説明された個々の要素の名称は、本明細書では主機能に基づいて表現されたが、副機能に基づいて表現されてもよい。よって、本発明は、その表現に厳密に限定されるものではない（該表現は同様の表現に置換え可能とする。）。同様の趣旨で、「部（unit）」という表現は、「部品（component, piece）」、「部材（member）」、「構造体（structure）」、「組立体（assembly）」、「回路（circuit, module）」、「手段（means）」等に置換されてもよいし、或いは省略されてもよい。

【0034】

（実施形態のまとめ）
実施形態の幾つかの特徴は以下のように纏められる：
第１の態様は電気装置（例えば１）に係り、前記電気装置は、バッテリユニット（例えば１１）と、前記バッテリユニットの出力電圧を変換する電力変換器（例えば１２）と、前記電力変換器により変換された電圧に基づいて所定の機能を実現する機能部（例えば１３）と、前記バッテリユニットから前記電力変換器への電流を検出する電流検出部（例えば１５）と、前記電力変換器の駆動制御を行うプロセッサ（例えば１７）と、を備える電気装置であって、前記プロセッサは、前記電力変換器にＡＣ電圧を出力させ且つ該ＡＣ電圧の周波数を順に変え、前記順に変わる周波数の帯域において得られる前記電流検出部の検出結果に基づいて前記バッテリユニットの劣化度合いを評価する
ことを特徴とする。第１の態様によれば、バッテリユニットの劣化度合いの評価を比較的簡便かつ多面的に実現可能となる。

【0035】

第２の態様では、前記電流検出部の検出結果はＡＣ電流であり、前記プロセッサは、前記電力変換器が出力するＡＣ電圧と、前記電流検出部が検出するＡＣ電流との位相差に基づいて前記評価を行う
ことを特徴とする。第２の態様によれば、バッテリユニットの劣化度合いの評価をより適切に実現可能となる。

【0036】

第３の態様では、前記プロセッサは、前記電流検出部の検出結果をフーリエ変換して前記バッテリユニットの内部インピーダンスを算出し、その算出結果に基づいて前記評価を行う
ことを特徴とする。第３の態様によれば、バッテリユニットの劣化度合いの評価をより簡便に実現可能となる。

【0037】

第４の態様では、前記プロセッサは、前記評価を行うのに際して所定のルックアップテーブル（例えばＴｂ１）を参照する
ことを特徴とする。第４の態様によれば、バッテリユニットの劣化度合いの評価をより適切に実現可能となる。

【0038】

第５の態様では、前記バッテリユニットの温度を検出する温度検出部（例えば１６）を更に備え、前記ルックアップテーブルは、複数のルックアップテーブルの１つであり、前記プロセッサは、前記複数のルックアップテーブルから前記温度検出部の検出結果に対応する１つを選択して参照する
ことを特徴とする。第５の態様によれば、バッテリユニットの劣化度合いの評価をより適切に実現可能となる。

【0039】

第６の態様では、前記プロセッサは、前記評価の結果に基づいて前記バッテリユニットの交換が必要であることを通知する
ことを特徴とする。第６の態様によれば、ユーザはバッテリユニットの交換に対応可能となる。

【0040】

第７の態様では、前記電気装置は車両であり、前記機能部は走行機能を実現する
ことを特徴とする。第７の態様によれば、典型的な車両において上述の評価方式を採用可能となる。

【0041】

第８の態様では、前記電気装置は作業機であり、前記機能部は作業機能を実現する
ことを特徴とする。第８の態様によれば、典型的な作業機において上述の評価方式を採用可能となる。

【0042】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】