特許 7593441 バッテリの管理装置および管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】バッテリの管理装置および管理方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241126BHJP

   H02J 7/04 20060101ALI20241126BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20241126BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20241126BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241126BHJP

   G01R 31/392 20190101ALI20241126BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20241126BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 Y

H02J7/04 L

H02J7/10 L

H02J7/10 B

H01M10/42 P

H01M10/48 P

H01M10/48 301

G01R31/392

G01R31/382

G01R31/385

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023105135

(22)【出願日】2023-06-27

【審査請求日】2023-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小川 誠

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 将

(72)【発明者】

【氏名】加藤 晃太

(72)【発明者】

【氏名】島貫 伊紀子

(72)【発明者】

【氏名】宮川 仁

(72)【発明者】

【氏名】西谷 仁志

(72)【発明者】

【氏名】工藤 大輝

(72)【発明者】

【氏名】臼井 俊行

【審査官】三橋 竜太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０９８６８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１７１６８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２３４２５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

Ｇ０１Ｒ ３１／００－３１／０１

Ｇ０１Ｒ ３１／２４－３１／２５

Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／３９６

Ｇ０１Ｒ ３１／４０－３１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリの初期からの使用履歴および劣化度のそれぞれのデータを取得する取得部と、
前記初期から取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第１の近似線を算出する第１算出部と、
前記初期から前記第１の近似線における変曲点までに取得された前記データを除く、前記変曲点を過ぎてから取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第２の近似線を算出する第２算出部と、
算出された前記第２の近似線に基づいて、前記劣化度を判定する判定部と、
を備える、
バッテリの管理装置。

【請求項2】

前記バッテリの前記使用履歴は、前記バッテリのサイクル数、使用時間、前記バッテリの温度、前記バッテリの電圧のうち少なくともいずれかを含む
請求項１に記載のバッテリの管理装置。

【請求項3】

前記バッテリの前記劣化度は、前記バッテリの残存容量率を含む
請求項１に記載のバッテリの管理装置。

【請求項4】

バッテリの初期からの使用履歴および劣化度のそれぞれのデータを取得し、
前記初期から取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第１の近似線を算出し、
前記初期から前記第１の近似線における変曲点までに取得された前記データを除く、前記変曲点を過ぎてから取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第２の近似線を算出し、
算出された前記第２の近似線に基づいて、前記劣化度を判定する、
バッテリの管理方法。

【請求項5】

前記バッテリの前記使用履歴は、前記バッテリのサイクル数、使用時間、前記バッテリの温度、前記バッテリの電圧のうち少なくともいずれかを含む
請求項４に記載のバッテリの管理方法。

【請求項6】

前記バッテリの前記劣化度は、前記バッテリの残存容量率を含む
請求項４に記載のバッテリの管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バッテリの管理装置および管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）やハイブリッド車においては、走行用の動力源に電力を供給するためのバッテリが車両に搭載されている。バッテリは、繰り返し使用することで、徐々に劣化する。また、バッテリの使用状況に応じて劣化スピードが速まる場合がある。そこで、バッテリの使用履歴に基づいて、バッテリの劣化度を予測することが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、バッテリの使用方法に応じた劣化曲線からバッテリの劣化度を予測することが開示されている。

【0004】

また、例えば、特許文献２には、使用履歴および環境条件に基づいて膨張曲線および劣化曲線のそれぞれを補正し、補正した膨張曲線および劣化曲線に基づいて、バッテリの劣化度を予測することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－０８４１９８号公報

【文献】特開２０２０－０７１０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、バッテリの劣化度は、通常劣化時のデータに基づいて作成された劣化曲線により判定されることが好ましい。

【0007】

しかしながら、バッテリは、様々な原因により初期に劣化を起す。そのため、バッテリの初期に劣化を起こす期間である初期劣化期間のデータを含むデータに基づいて劣化曲線が作成される場合がある。そのような劣化曲線に基づいてバッテリの劣化度を判定する場合、バッテリの劣化度を誤判定するおそれがある。

【0008】

特許文献１に記載された発明においては、初期劣化期間のデータを含むデータに基づいて劣化曲線が作成されるおそれがあるため、バッテリの劣化度を誤判定するおそれがある。

【0009】

特許文献２に記載された発明においても、初期劣化期間のデータを含むデータに基づいて劣化曲線が作成されるおそれがあるため、バッテリの劣化度を誤判定するおそれがある。

【0010】

本開示の目的は、バッテリの劣化度の誤判定を防止することが可能なバッテリの管理装置および管理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の目的を達成するため、本開示におけるバッテリの管理装置は、
バッテリの初期からの使用履歴および劣化度のそれぞれのデータを取得する取得部と、
前記初期から取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第１の近似線を算出する第１算出部と、
前記初期から前記第１の近似線における変曲点までに取得された前記データを除く、前記変曲点を過ぎてから取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第２の近似線を算出する第２算出部と、
算出された前記第２の近似線に基づいて、前記劣化度を判定する判定部と、
を備える。

【0013】

本開示におけるバッテリの管理方法は、
バッテリの初期からの使用履歴および劣化度のそれぞれのデータを取得し、
前記初期から取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第１の近似線を算出し、
前記初期から前記第１の近似線における変曲点までに取得された前記データを除く、前記変曲点を過ぎてから取得された前記データに基づいて、前記使用履歴と前記劣化度との関係を表す第２の近似線を算出し、
算出された前記第２の近似線に基づいて、前記劣化度を判定する。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、バッテリの劣化度の誤判定を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本開示の実施の形態におけるバッテリの管理装置の一例を示す図である。

【図2】図２は、記憶部に蓄積される蓄積データの一例を示す図である。

【図3】図３は、本実施の形態における散布図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態におけるバッテリの管理装置の一例を示す図である。なお、本実施の形態におけるバッテリの管理装置は、トラックや、バスなどの商用車に適用することが可能であるが、乗用車などの車両にも適用することが可能である。

【0018】

本実施の形態におけるバッテリの管理装置が適用される車両１０は、電気自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）や、ハイブリッド車である。ＥＶ１０には、走行用の動力源（モータ）に電力を供給するためのバッテリ（不図示）が搭載されている。バッテリは、充放電の繰り返し回数であるサイクル数に応じて、徐々に劣化する。また、バッテリは、使用状況に応じてその劣化スピードが速まることが知られている。以下の説明で、バッテリから電力が供給されるモータなどの電力供給先を「負荷」という場合がある。

【0019】

ＥＶ１０には、車両制御装置３０（Vehicle Control Unit：ＶＣＵ）が設けられている。ＶＣＵ３０は、ＥＶ１０の状態を判断し、ＥＶ１０を最適な状態に維持する制御を実行する。具体的には、ＶＣＵ３０は、ＥＶ１０の異常を検知した場合、ＥＶ１０を停止するようにモータを制御する。ＶＣＵ３０は、バッテリをモニタリングし、バッテリの稼働時間を取得する。ＶＣＵ３０は、ＥＶ１０の走行距離を取得する。また、ＶＣＵ３０は、バッテリと負荷との間の電圧を変化させることで、バッテリから負荷への供給電力を制御する。また、ＶＣＵ３０は、バッテリを充電するときの充電電力が充電可能電力を超過しないように充電器（不図示）を制御する。

【0020】

バッテリの稼働時間およびＥＶ１０の走行距離は、ＶＣＵ３０からバッテリの管理装置２０に送られる。

【0021】

バッテリは、温度センサ（不図示）と電圧センサ（不図示）とを有している。温度センサは、バッテリの温度およびバッテリの周囲温度を検出する。電圧センサは、バッテリの電圧を検出する。

【0022】

ＥＶ１０には、バッテリの使用状況を監視する監視部４０が設けられている。監視部４０は、温度センサおよび電圧センサのそれぞれの検出結果を取得し、取得した検出結果に基づいて、残存容量率（State Of Health：ＳＯＨ）を特定する。また、監視部４０は、バッテリのサイクル数を取得する。サイクル数は、バッテリが第１の残量以上の充電量から第２の残量以下の充電量まで放電し、再度第１の残量以上の充電量に充電するまでの充放電サイクルを１とするパラメータである。なお、第１の残量は、第２の残量よりも高く、第１の残量は満充電としてもよい。監視部４０は、バッテリの残量などを監視して、バッテリが経過したサイクル数を取得する。

【0023】

監視部４０は、バッテリを安全かつ有効に使うための制御を行う。具体的には、監視部４０は、温度センサおよび電圧センサのそれぞれの検出結果に基づいて、バッテリと負荷との間の接続／切断を行うリレー（不図示）を制御する。

【0024】

温度センサおよび電圧センサのそれぞれの検出結果、サイクル数、および、ＳＯＨは、監視部４０からバッテリの管理装置２０に送られる。なお、温度センサおよび電圧センサのそれぞれの検出結果、並びに、サイクル数が本開示の「バッテリの使用履歴」に対応する。また、ＳＯＨが本開示の「バッテリの劣化度」に対応する。

【0025】

バッテリの管理装置２０は、車両１０毎に設けられる。バッテリの管理装置２０は、制御部２１と記憶部２７とを備える。図１において、矢印は主なデータの流れを示しており、図１に示していないデータの流れがあってもよい。図１において、各機能ブロックはハードウェア（装置）単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図１に示す機能ブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に分かれて実装されてもよい。機能ブロック間のデータの授受は、データバス、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮバス）等、任意の手段を介して行われてもよい。

【0026】

なお、管理装置２０は、複数の車両１０に対して設けられてもよい。この場合の一例として、管理装置２０は、サーバ（不図示）に設けられる。車両１０およびサーバのそれぞれは通信部を有し、車両１０とサーバとはネットワークを介して通信する。

【0027】

記憶部２７は、管理装置２０を実現するコンピュータのＢＩＯＳ(Basic Input System)等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）や管理装置２０の作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＯＳ(Operating System)やアプリケーションプログラム、当該アプリケーションプログラムの実行時に参照される種々の情報を格納するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ(Solid State Drive)等の記憶装置である。

【0028】

制御部２１は、管理装置２０のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphic Processing Unit）等のプロセッサであり、記憶部２７に記憶されたプログラムを実行することによって、取得部２２、第１算出部２３、第２算出部２４、期間特定部２５、判定部２６および特定部２８として機能する。

【0029】

図１は、管理装置２０が単一の装置で構成されている場合の例を示している。しかしながら、管理装置２０は、例えば複数のプロセッサやメモリ等の計算ソースによって実現されてもよい。この場合、制御部２１を構成する各部は、複数の異なるプロセッサの中の少なくともいずれかのプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。なお、管理装置２０が単一の装置で構成される場合、例えば、管理装置２０は、図１に示すＶＣＵ３０、および、監視部４０の全部により構成されてもよい。管理装置２０が複数の装置で構成される場合、例えば、管理装置２０は、ＶＣＵ３０、および、監視部４０のそれぞれで構成されてもよく、また、いずれかの２つの装置を組み合わせたものと、他の一つの装置で構成されてもよい。

【0030】

取得部２２は、監視部４０からバッテリの使用履歴（温度センサおよび電圧センサのそれぞれの検出結果、並びに、サイクル数）を取得する。また、取得部２２は、監視部４０からＳＯＨを取得する。

【0031】

記憶部２７は、取得部２２により取得されたバッテリの使用履歴およびＳＯＨを記憶する。図２は、記憶部２７に蓄積される蓄積データの一例を示す図である。図２に示すように、記憶部２７には、ＳＯＨ、稼働時間、走行距離、電力積算量のそれぞれのデータが年月日毎に蓄積される。ここで、「稼働時間」は、バッテリの稼働時間、「走行距離」はＥＶ１０の走行距離、「電力積算量」は、バッテリの消費電力積算量である。記憶部２７には、ＳＯＨ、稼働時間、走行距離、電力積算量のそれぞれのデータが、それぞれのデータを取得したタイミングに関連付けられて記憶されるといえる。

【0032】

第１算出部２３は、過去に取得された使用履歴およびＳＯＨに基づいて、使用履歴と劣化度との関係を表す第１の近似線を算出する。なお、ここで、「過去に取得された使用履歴および劣化度」は、第１の近似線を算出する算出時以前に取得された使用履歴およびＳＯＨをいう。また、「第１の近似線」は、近似曲線や、劣化曲線と呼ばれる。第１の近似線の算出方法には、公知の方法が用いられる。例えば、第１算出部２３は、横軸に「年月日」、縦軸にＳＯＨとする散布図に、記憶部２７に蓄積された蓄積データをプロットして第１の近似線を算出する。なお、本開示において、第１の近似線の算出に用いられる蓄積データは、「年月日」に限定されない。例えば、「走行距離」や、「電力積算量」や、「サイクル数」でもよい。

【0033】

図３は、本実施の形態における散布図である。図３における横軸に「サイクル数」を示し、縦軸に「ＳＯＨ」を示す。図３に示すように、散布図には、サイクル数に対応するＳＯＨがプロットされる。なお、散布図には複数のサイクル数のそれぞれに対応する複数のＳＯＨがプロットされるが、図３では、プロットされる複数のＳＯＨを代表してＳ３１，Ｓ３２を示す。

【0034】

期間特定部２５は、第１の近似線に基づいて、バッテリの初期に劣化を起こす期間である初期劣化区間を特定する。具体的には、バッテリの初期劣化は、第１の近似線の使用開始からサイクル数に対するＳＯＨの低下の傾きが小さくなる変曲点として示される。そこで、期間特定部２５は、第１の近似線における変曲点を特定する。図３に、「第１の近似線Ｌｏ－ｑ」、「変曲点Ｐ」および変曲点Ｐにおける「サイクル数Ｎｐ」を示す。サイクル数Ｎｐよりも前の区間を「初期劣化区間」といい、サイクル数Ｎｐよりも後の区間を「通常劣化区間」という。図３に「初期劣化区間Ｎｏ－ｐ」を、ハッチングを付して示す。また、図３に「通常劣化区間Ｎｐ－ｑ」を示す。また、図３に、サイクル数Ｎｐにおける劣化度（ＳＯＨ）を「ＳＯＨｐ」で示す。

【0035】

図３に、初期劣化区間Ｎｏ－ｐおよび通常劣化区間Ｎｐ－ｑを含む全区間においてプロットされたＳＯＨに基づいて算出された「第１の近似線Ｌｏ－ｑ」を示す。なお、第１の近似線Ｌｏ－ｑに基づき、Ｓ３１を参照してＳＯＨを推定する場合、推定されたＳＯＨがＳ３２となるため、寿命ラインＬｂに達するサイクル数Ｎｂ１が算出される。急峻に劣化が進む初期劣化区間Ｎｏ－ｐにおいて得られたデータを用いて近似線を算出することにより、初期劣化区間Ｎｏ－ｐを含まず通常劣化区間Ｎｐ－ｑにおいて得られたデータを用いて算出された近似線よりも、サイクル数に対する劣化度合いが急峻な近似線が得られる。したがって、近似線から推定される寿命ラインＬｂに達するサイクル数が短く評価されてしまう。

【0036】

これに対して、通常劣化区間Ｎｐ－ｑ（全区間Ｎｏ－ｑから初期劣化区間Ｎｏ－ｐを除いた区間）においてプロットされたＳＯＨに基づいて第２の近似線Ｌｐ－ｑが算出され、第２の近似線Ｌｐ－ｑに基づき、Ｓ３１を参照してＳＯＨを推定する場合、推定されたＳＯＨがＳ３２とならずに、第２の近似線Ｌｐ－ｑに沿ったＳＯＨが推定されるため、寿命ラインＬｂに達するサイクル数Ｎｂが算出される。これにより、寿命ラインＬｂに達するサイクル数が、上記のサイクル数Ｎｂ１によりも大幅に先となる。これにより、バッテリの寿命が大幅に短く推定されることが防止される。なお、図３に、区間が通常劣化区間Ｎｐ－ｑよりも長い通常劣化区間Ｎｐ－ｒにおいてプロットされたＳＯＨに基づいて算出された第２の近似線Ｌｐ－ｒを示す。

【0037】

したがって、本実施の形態においては、第１の近似線が作成される際に、バッテリの初期劣化が考慮される。期間特定部２５は、第１の近似線Ｌｏ－ｑにおける変曲点ｐを算出する。そして、第２算出部２４は、変曲点Ｐにおけるサイクル数Ｎｐよりも後の区間である通常劣化区間Ｎｐ－ｑにおいてプロットされたＳＯＨに基づいて、第２の近似線Ｌｐ－ｑを算出する。また、本実施の形態においては、判定部２６は、第２の近似線Ｌｐ－ｑに基づいて、バッテリの劣化度を判定する。これにより、バッテリの劣化度の誤判定を防止することが可能となる。

【0038】

特定部２８は、第２の近似線Ｌｐ－ｑに基づいて、バッテリの推定寿命を特定する。特定部２８は、第２の近似線Ｌｐ－ｑと寿命ラインＬｂとの交点から、バッテリのサイクル数Ｎｂ（推定寿命）を特定する。特定部２８が特定したサイクル数Ｎｂは、記憶部２７に格納される。また、サイクル数Ｎｂは、不図示の通信部を介して、ＥＶ１０を管理する管理サーバに送信される。なお、サイクル数Ｎｂを、ＥＶ１０が有する表示デバイスに表示させることによって、ＥＶ１０のユーザに通知してもよい。

【0039】

上記実施の形態におけるバッテリの管理装置２０は、バッテリの初期からの使用履歴およびＳＯＨのそれぞれのデータを取得する取得部２２と、取得されたデータに基づいて、使用履歴とＳＯＨとの関係を表す第１の近似線Ｌｏ－ｑを算出する第１算出部２３と、第１の近似線Ｌｏ－ｑにおける変曲点ｐを過ぎたデータに基づいて、使用履歴とＳＯＨとの関係を表す第２の近似線Ｌｐ－ｑを算出する第２算出部２４と、算出された第２の近似線Ｌｐ－ｑに基づいて、ＳＯＨを判定する判定部２６と、を備える。

【0040】

以上の構成により、バッテリの劣化度の誤判定の要因となる初期劣化区間において取得されたデータを除き、通常劣化区間において取得されたデータに基づいて第２の近似線を算出し、第２の近似線に基づいて、劣化度が判定されるため、バッテリの劣化度の誤判定を防止することが可能となる。また、第２の近似線に基づいてバッテリの寿命が推定されるため、バッテリの寿命が短縮されことを防止することが可能となる。

【0041】

なお、上記実施の形態においては、期間特定部２５が第１の近似線Ｌｏ－ｑにおける変曲点Ｐを算出し、変曲点Ｐにおけるサイクル数Ｎｐよりも前の区間を初期劣化区間Ｎｏ－ｐとし、サイクル数Ｎｐよりも後の区間を通常劣化区間Ｎｐ－ｑとしたが、本開示はこれに限定しない。例えば、期間特定部２５は、第１の近似線Ｌｏ－ｑにおける接線の傾きの増減に基づいて初期劣化区間を算出してもよい。この場合においても、第２算出部２４は、全区間から初期劣化区間を除いた通常劣化区間に基づいて第２の近似線を算出し、判定部２６は、第２の近似線に基づいてバッテリの劣化度を判定する。

【0042】

また、上述の実施の形態では、サイクル数に対するＳＯＨの近似線を用いて推定寿命を特定したが、これに限らない。他の使用履歴、例えば、温度センサの検出結果、電圧センサの検出結果、または年月日に対するＳＯＨの近似線を用いて、推定寿命を特定してもよい。

【0043】

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本開示は、バッテリの劣化度の誤判定を防止することが要求されるバッテリの管理装置を備えた車両に好適に利用される。

【符号の説明】

【0045】

Ｌａ 近似線
Ｌａ１ 近似線
Ｌｂ 寿命ライン
Ｌｏ－ｑ 第１の近似線
Ｌｐ－ｑ 第２の近似線
１０ 電気自動車（ＥＶ）
２０ バッテリの管理装置
２１ 制御部
２２ 取得部
２３ 第１算出部
２４ 第２算出部
２５ 期間特定部
２６ 判定部
２７ 記憶部
３０ ＶＣＵ
４０ 監視部

【要約】

【課題】バッテリの劣化度の誤判定を防止することが可能なバッテリの管理装置および管理方法を提供する。
【解決手段】バッテリの管理装置は、バッテリの初期からの使用履歴および劣化度のそれぞれのデータを取得する取得部と、取得された前記データに基づいて、使用履歴と前記劣化度との関係を表す第１の近似線を算出する第１算出部と、第１の近似線における変曲点を過ぎたデータに基づいて、使用履歴と劣化度との関係を表す第２の近似線を算出する第２算出部と、算出された第２の近似線に基づいて、劣化度を判定する判定部と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】