TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2021089801
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2019218027
出願日20191202
発明の名称車両
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類H01M 10/44 20060101AFI20210514BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充電に伴うリチウムイオン電池の劣化を抑制する。
【解決手段】車両1は、外部電源4から供給される電力による外部充電が可能に構成されている。車両1は、リチウムイオン電池である電池パック10と、電池パック10の充電を制御するECU100とを備える。リチウムイオン電池は、正極91と、黒鉛および一酸化ケイ素を負極活物質として含む負極92とを有する。負極91は、上層と、上層よりも正極91に近い位置に配置された下層とを含む。下層における一酸化ケイ素の含有率は、上層における一酸化ケイ素の含有率よりも高い。ECU100は、外部充電において所定値の充電電流で電池パック10を充電し、外部充電の終了後には、電池パック10の単位時間当たりの電圧変化量(セル電圧変化レート)が規定量に収束するまでは車両1の回生制動による電池パック10への充電電流を所定値以下に制限する。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項1】
外部に設けられた外部電源から供給される電力による外部充電が可能に構成された車両であって、
リチウムイオン電池と、
前記リチウムイオン電池の充電を制御する制御装置とを備え、
前記リチウムイオン電池は、正極と、黒鉛および一酸化ケイ素を負極活物質として含む負極とを有し、
前記負極は、第1層と、前記第1層よりも前記正極に近い位置に配置された第2層とを含み、
前記第2層における前記一酸化ケイ素の含有率は、前記第1層における前記一酸化ケイ素の含有率よりも高く、
前記制御装置は、
前記外部充電において所定値の充電電流で前記リチウムイオン電池を充電し、
前記外部充電の終了後には、前記リチウムイオン電池の単位時間当たりの電圧変化量が規定量に収束するまでは前記車両の回生制動による前記リチウムイオン電池への充電電流を前記所定値以下に制限する、車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、車両に関し、より特定的には、リチウムイオン電池が搭載された車両に関する。
続きを表示(約 5,500 文字)【背景技術】
【0002】
近年、リチウムイオン電池が走行用バッテリとして搭載された車両の普及が進んでいる。これらの車両のなかには、車両外部から供給される電力によりバッテリを充電する「外部充電」が可能な車両(具体的には、プラグインハイブリッド車両および電気自動車)が含まれる。外部充電が可能な車両におけるバッテリの充電制御が提案されている。
【0003】
たとえば特開2012−244888号公報(特許文献1)は、バッテリの充電制御装置を開示する。この充電制御装置は、外部充電時には車両走行時(回生制動時)と比べて充電電流の上限電流値を大きくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2012−244888号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
外部充電時には、リチウムイオン電池への充電電流を大きくするほど充電時間が短縮される。近年では、充電レート(Cレート)1Cなどの大電流でリチウムイオン電池を充電する「急速充電」の開発が進められている。充電時間を短縮することで、ユーザの利便性を向上させることができる。また、車両の回生制動時には、充電電流を大きくすることで、より大きな電力をリチウムイオン電池に回収し、車両の電費を向上させることができる。その一方で、充電電流を過度に大きくした場合には、リチウムイオン電池の劣化が進行してしまう可能性がある。
【0006】
本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、充電に伴うリチウムイオン電池の劣化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のある局面に従う車両は、外部に設けられた外部電源から供給される電力による外部充電が可能に構成されている。車両は、リチウムイオン電池と、リチウムイオン電池の充電を制御する制御装置とを備える。リチウムイオン電池は、正極と、黒鉛および一酸化ケイ素を負極活物質として含む負極とを有する。負極は、第1層と、第1層よりも正極に近い位置に配置された第2層とを含む。第2層における一酸化ケイ素の含有率は、第1層における一酸化ケイ素の含有率よりも高い。制御装置は、外部充電において所定値の充電電流でリチウムイオン電池を充電し、外部充電の終了後には、リチウムイオン電池の単位時間当たりの電圧変化量が規定量に収束するまでは車両の回生制動によるリチウムイオン電池への充電電流を所定値以下に制限する。
【0008】
詳細は後述するが、外部充電後にリチウムイオン電池の単位時間当たりの電圧変化量(セル電圧変化レート)が規定量に収束する前に再度大電流でリチウムイオン電池を充電すると、負極の表層部分において局所的な充電が起こり、リチウムイオン電池が劣化してしまう可能性がある。上記構成においては、セル電圧変化レートが規定量に収束するまではリチウムイオン電池への充電電流を所定値(外部充電時の電流値)以下に制限する。これにより、上記構成によれば、負極の表層部分おける局所的な充電を避け、リチウムイオン電池の劣化を抑制できる。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、充電に伴うリチウムイオン電池の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本実施の形態に係る車両の全体構成を示す図である。
本実施の形態におけるセルの構成を示す図である。
電極群の構成例を示す断面概念図である。
実施例1におけるセル電圧の時間変化を示す図である。
実施例1におけるセル電圧変化レートの時間変化を示す図である。
実施例2におけるセル電圧の時間変化を示す図である。
実施例2におけるセル電圧変化レートの時間変化を示す図である。
本実施の形態における電池パックの充電制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。
【0012】
[実施の形態]
<システム構成>
図1は、本実施の形態に係る車両の全体構成を示す図である。図1には、充電器2による外部充電が車両1に対して実施される状況が示されている。外部充電時には車両1と充電器2とが充電ケーブル3により電気的に接続される。
【0013】
車両1は、たとえばプラグインハイブリッド車両である。しかし、本開示に係る「車両」は、車両外部から供給される電力により車載の電池パック10(後述)を充電する外部充電が可能であればよく、電気自動車であってもよい。
【0014】
充電器2は、たとえば公共の充電スタンドに設けられた急速充電器である。充電器2は、AC/DC変換器(図示せず)を含む。充電器2は、商用交流電源4などから供給される交流電力を、電池パック10を充電するための直流電力に変換する。なお、充電器2は、本開示に係る「外部電源」に相当する。
【0015】
車両1は、電池パック10と、監視ユニット20と、インレット30と、充電リレー41と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)42と、電力制御装置(PCU:Power Control Unit)50と、モータジェネレータ61,62と、エンジン70と、動力分割装置81と、駆動軸82と、駆動輪83と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)100とを備える。
【0016】
電池パック10は、複数のセル11(図2および図3参照)により構成される組電池である。各セル11は、リチウムイオン電池である。セル11の構成については後述する。電池パック10は、モータジェネレータ61,62を駆動するための電力を蓄え、PCU50を通じてモータジェネレータ61,62へ電力を供給する。また、電池パック10は、モータジェネレータ61,62の発電時にPCU50を通じて発電電力を受けて充電される。
【0017】
監視ユニット20は、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23とを含む。電圧センサ21は、複数のセル11からなるブロック(モジュールとも呼ばれる)の電圧VBを測定する。電流センサ22は、電池パック10に入出力される電流IBを測定する。温度センサ23は、ブロック毎の温度TBを測定する。各センサは、その測定結果を示す信号をECU100に出力する。ただし、各センサの監視単位は特に限定されず、セル単位であってもよいし、隣接する複数のセル単位であってもよいし、ブロック単位であってもよい。以下では電池パック10の内部構成を特に考慮せず、単に電池パック10と記載する。
【0018】
インレット30は、機械的な連結(嵌合など)を伴って充電ケーブル3のコネクタ(図示せず)を挿入することが可能に構成されている。コネクタの挿入に伴い、車両1と充電器2との間の電気的な接続が確保される。また、コネクタが挿入されることで、車両1のECU100と充電器2の制御回路(図示せず)とがCAN(Controller Area Network)等の通信規格に従う通信により、各種信号、指令および情報(データ)を相互に送受信することが可能になる。
【0019】
充電リレー41は、電池パック10とインレット30との間に電気的に接続されている。SMR42は、電池パック10とPCU20との間に電気的に接続されている。充電リレー41の閉成/開放は、ECU100からの指令に応じて制御される。SMR42の閉成/開放も、ECU100からの指令に応じて制御される。充電リレー41が閉成され、かつSMR42が閉成されると、インレット30と電池パック10との間での電力伝送が可能な状態となる。
【0020】
なお、図2には、電池パック10を充電するための直流電力を充電器2が車両1に直接供給する構成を示すが、充電器2から車両1に交流電力を供給してもよい(いわゆる普通充電)。この場合には、充電器2からの交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換器(図示せず)が車両1に設けられる。また、車両1は、車両1と充電器2との間で非接触に電力が伝送されるように構成されていてもよい。たとえば、充電器2に設けられた送電コイルから車両1に設けられた受電コイル(いずれも図示せず)に電力を伝送することによって電池パック10を充電できる。このように、外部充電の態様については特に限定されるものではない。
【0021】
PCU50は、ECU100からの制御信号に従って、電池パック10とモータジェネレータ61,62との間で双方向の電力変換を実行する。PCU50は、モータジェネレータ61,62の状態を別々に制御可能に構成されている。PCU50は、たとえば、モータジェネレータ61,62に対応して設けられる2つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を電池パック10の出力電圧以上に昇圧するコンバータ(いずれも図示せず)とを含む。
【0022】
モータジェネレータ61,62の各々は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石(図示せず)が埋設された三相交流同期電動機である。
【0023】
モータジェネレータ61は、主として、動力分割装置81を経由してエンジン70により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ61が発電した電力は、PCU50を介してモータジェネレータ62または電池パック10に供給される。モータジェネレータ62は、主として電動機として動作する。
【0024】
モータジェネレータ62は、電池パック10からの電力およびモータジェネレータ61の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ62の駆動力は駆動軸82に伝達される。一方、モータジェネレータ62は、車両1の制動時または下り斜面での加速度低減時には発電機として動作して回生発電を行う。モータジェネレータ62が発電した電力は、PCU50を介して電池パック10に供給される。
【0025】
車両1には、油圧等によって機械的な制動力(摩擦制動力)を発生させるメカブレーキ機構(図示せず)がさらに設けられている。そのため、車両1は、ユーザ(ドライバ)のブレーキペダル操作に応じて車両制動力を、モータジェネレータ62による回生制動力とメカブレーキ機構による制動力との和によって確保できる。
【0026】
エンジン70は、たとえばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン70は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンおよびロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する。
【0027】
動力分割装置81は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構(図示せず)を含む。動力分割装置81は、エンジン70から出力される動力を、モータジェネレータ61を駆動する動力と、駆動輪83を駆動する動力とに分割する。
【0028】
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ101と、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などのメモリ102と、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)とを含む。ECU100は、各センサから受ける信号ならびにメモリ102に記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、車両1を所望の状態に制御するための各種処理を実行する。より具体的には、ECU100は、エンジン70およびPCU50を制御することにより、電池パック10の充放電を制御する。電池パック10の充放電については後に詳細に説明する。
【0029】
<リチウムイオン電池の構成>
セル11は任意の形態を有し得る。セル11は、たとえば、角形電池であってもよいし、円筒形電池であってもよし、ラミネート型電池であってもよい。本実施の形態においては、一例として、液系のラミネート型電池が説明される。
【0030】
図2は、本実施の形態におけるセル11の構成を示す図である。図2を参照して、セル11は、パウチ111と、電極群112とを含む。パウチ111は電極群112を収納する。パウチ111は、アルミラミネートフィルム製である。パウチ111は、その周縁が熱溶着されることにより密封されている。電極群112には電解液が含浸されている。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

トヨタ自動車株式会社
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
空港
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
空港
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
トヨタ自動車株式会社
車両
続きを見る