TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021090349
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2021020119
出願日20210210
発明の名称組電池の制御システム
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社デンソー
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類H02J 7/02 20160101AFI20210514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】直列に接続された複数のセルを含む組電池において、充放電可能なエネルギ量が減少することを適切に防止する。
【解決手段】制御システムは、組電池に含まれる複数のセルを個別に放電可能に構成された均等化回路(放電回路)と、均等化回路を用いて複数のセルを個別に放電することによって複数のセルのSOCの不均等を解消する均等化制御を実行するように構成されたECUとを備える。ECUは、均等化制御を実行する際、複数のセルのうちから基準セルを抽出し、基準セル以外の各セルの満充電容量が基準セルの満充電容量よりも小さいか否か、および組電池が搭載される車両の制御モードがEV走行モードであるか否かを基準として、各セルを放電するか否かを決定する。
【選択図】図12
特許請求の範囲【請求項1】
直列に接続された複数のセルを含み、車両を走行させるための電力を蓄える組電池の制御システムであって、
前記複数のセルを個別に放電可能に構成された放電回路と、
前記放電回路を用いて前記複数のセルを個別に放電することによって前記複数のセルのSOC(State Of Charge)の不均等を解消する均等化制御を実行するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記均等化制御を実行する際、前記複数のセルのうちから放電特性の互いに異なる第1基準セルおよび第2基準セルを抽出し、前記第1基準セルと各セルとの電圧差および前記第2基準セルと前記各セルとの電圧差を用いて、前記各セルを放電するか否かを決定する、組電池の制御システム。
続きを表示(約 100 文字)【請求項2】
前記制御装置は、前記均等化制御の実行中に前記各セルの満充電容量を算出する場合、前記均等化制御による放電量を用いて、前記各セルの満充電容量を算出する、請求項1に記載の組電池の制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、直列に接続された複数のセルを含む組電池の制御システムに関する。
続きを表示(約 5,800 文字)【背景技術】
【0002】
車両を走行させるための電力を蓄える蓄電装置として、直列に接続された複数のセルを含む組電池が用いられる場合がある。組電池においては、時間の経過に伴い、複数のセル間でSOC(State Of Charge)に不均等が生じ得る。このようなセル間のSOCの不均等に備えた対策として均等化制御が知られている。
【0003】
特開2014−233183号公報(特許文献1)には、均等化制御を実行可能に構成された蓄電システムが開示されている。この蓄電システムは、直列に接続された複数のセルを含む組電池と、組電池に含まれる複数のセルを個別に放電可能に構成された放電回路と、放電回路を用いて均等化制御を実行するコントローラとを備える。コントローラは、均等化制御を実行する際、複数のセルのうちからSOCの低いセルを基準セルとして抽出し、各セルのSOCが基準セルのSOCに近づくように各セルを個別に放電する。これにより、複数のセルのSOCの不均等が解消される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2014−233183号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
組電池では、セル間の劣化ばらつき等に起因して、セル間で満充電容量にばらつきが生じ得る。満充電容量の小さいセルは、放電時のSOCの低下速度が大きくなる傾向にある。そのため、満充電容量の小さいセルに対して均等化放電を行なうと、当該セルのSOCが早期に下限SOCに達してしまい、この影響で組電池から放電可能なエネルギ量が減少してしまうことが懸念される。一方、その対策として、満充電容量の小さいセルに対して一律に均等化放電を禁止すると、当該セルのSOCが下限SOCには低下しない状況下(たとえば組電池の充電中)においても均等化放電が実行されず、この影響で組電池に充電可能なエネルギ量が減少してしまうことが懸念される。
【0006】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、直列に接続された複数のセルを含む組電池において、充放電可能なエネルギ量が減少することを適切に防止することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示による制御システムは、直列に接続された複数のセルを含む、車両を走行させるための電力を蓄える組電池の制御システムであって、複数のセルを個別に放電可能に構成された放電回路と、放電回路を用いて複数のセルを個別に放電することによって複数のセルのSOC(State Of Charge)の不均等を解消する均等化制御を実行するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、均等化制御を実行する際、複数のセルのうちから基準セルを抽出し、各セルの満充電容量が基準セルの満充電容量よりも小さいか否か、および車両の制御モードが組電池の電力を消費するモードであるか否かを基準として、各セルを放電するか否かを決定する。
【0008】
上記構成によれば、均等化制御を実行する際、各セルの満充電容量と基準セルの満充電容量との大小関係(放電時の各セルのSOC低下速度と基準セルのSOC低下速度との大小関係)、および車両の制御モード(電力を消費するモードであるか否か)を判定基準として、各セルを放電するか否かが決定される。
【0009】
そのため、基準セルよりも満充電容量が小さいセル(放電時のSOC低下速度が基準セルよりも大きいセル)に対して、一律に放電を禁止するのではなく、車両の制御モードに応じて放電の可否を決定することができる。たとえば、制御モードが電力を消費しないモード(たとえば組電池を充電するモード)である場合には、SOCが下限SOCまで低下することは想定されないため、均等化制御による放電を許容することができる。これにより、組電池から放電可能なエネルギ量が減少することを抑制しつつ、組電池に充電可能なエネルギ量を増加させることができる。一方、制御モードが電力を消費するモード(たとえば車両を走行させるモード)である場合には、均等化制御による放電によってSOCがより早期に下限SOCに低下する可能性があるため、均等化制御による放電を行なわないようにすることができる。これにより、組電池から放電可能なエネルギ量が減少することを抑制することができる。
【0010】
本開示による他の制御システムは、直列に接続された複数のセルを含む、車両を走行させるための電力を蓄える組電池の制御システムであって、複数のセルを個別に放電可能に構成された放電回路と、放電回路を用いて複数のセルを個別に放電することによって複数のセルのSOCの不均等を解消する均等化制御を実行するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、均等化制御を実行する際、複数のセルのうちから放電特性の互いに異なる第1基準セルおよび第2基準セルを抽出し、第1基準セルと各セルとの電圧差および第2基準セルと各セルとの電圧差を用いて、各セルを放電するか否かを決定する。
【0011】
ある実施の形態においては、制御装置は、均等化制御の実行中に各セルの満充電容量を算出する場合、均等化制御による放電量を用いて、各セルの満充電容量を算出する。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、直列に接続された複数のセルを含む組電池において、充放電可能なエネルギ量が減少することを適切に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
車両の全体構成図である。
均等化制御の各処理の実行タイミングの一例を示す図である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その1)である。
各セルのOCVとSOCとの対応関係の一例を示す図である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その1)である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その2)である。
不感帯幅Δftの設定手法を説明するための図である。
均等化放電時間tkiの設定手法を説明するための図である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その2)である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その3)である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その4)である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その3)である。
基準セルBmの設定手法を説明するための図である。
小容量セルに対して行なう均等化放電の内容を説明するための図である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その4)である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その5)である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その5)である。
第2均等化放電時間tk2iの設定手法を説明するための図である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その6)である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その7)である。
放電量Aと各セルのSOCとの対応関係の一例を示す図(その8)である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その6)である。
外部充電中に均等化放電が行なわれた場合に満充電容量Csiの算出精度が低下する原理を説明するための図である。
ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その7)である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の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返さない。
【0015】
[実施の形態1]
図1は、本実施の形態による制御システムを備える車両1の全体構成図である。車両1は、組電池10と、負荷20と、均等化回路30と、ECU(Electronic Control Unit)100とを備える。車両1は、組電池10に蓄えられた電力を用いて走行する「EV走行」が可能な電気自動車である。
【0016】
なお、本実施の形態による制御システムを搭載可能な車両は、電気自動車に限定されるものではなく、たとえばハイブリッド自動車などであってもよい。また、本実施の形態による制御システムは、必ずしも車両に搭載されることに限定されるものではない。
【0017】
組電池10は、負荷20に電気的に接続され、負荷20の駆動電力を蓄える。組電池10は、代表的には、リチウムイオン二次電池、あるいはニッケル水素二次電池などである。組電池10は、直列に接続されたn個(nは2以上の自然数)のセルB1〜Bnを含む。組電池10には、組電池10を流れる電流を検出するための電流センサ11が設けられている。
【0018】
負荷20は、組電池10からの電力を用いて車両1を駆動させるための駆動力を発生するモータジェネレータを含む。また、負荷20は、モータジェネレータの回生電力により、組電池10を充電することができる。
【0019】
さらに、車両1は、外部電源210から受電するための構成として、インレット50と、充電器60とを備える。インレット50は、外部電源210のコネクタ200に接続可能に構成される。充電器60は、ECU100によって制御され、インレット50によって受電された外部電源210の電力で組電池10を充電する「外部充電」を行なうことができる。
【0020】
均等化回路30は、n個のバイパス抵抗R1〜Rnと、n個のスイッチSW1〜SWnとを含む。n個のバイパス抵抗R1〜Rnは、n個のセルB1〜Bnに対してそれぞれ並列に接続される。n個のスイッチSW1〜SWnは、n個のバイパス抵抗R1〜Rnに対してそれぞれ直列に接続される。また、均等化回路30は、n個のセルB1〜Bnのそれぞれの両端電圧V1〜VnをECU100に出力するように構成される。
【0021】
ECU100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵する。ECU100は、均等化回路30から取得される電圧情報、電流センサ11から取得される電流情報、およびメモリに記憶された情報などに基づいて所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて車両1の各機器(負荷20、充電器60など)を制御する。
【0022】
ECU100は、組電池10の過充電および過放電を防止するために、組電池10のSOC(State Of Charge)が下限値SOCminから上限値SOCmaxまでの範囲に収まるように負荷20、充電器60を制御する。
【0023】
<車両の制御モード(外部充電モードおよびEV走行モード)>
ECU100は、車両1の制御モードを、外部充電モードおよびEV走行モードのどちらかに切り替えることができる。
【0024】
外部充電モードは、外部電源210からの電力で組電池10を充電するためのモードである。ECU100は、車両1が停止した状態で外部電源210が車両1に接続されると、制御モードを外部充電モードに設定する。
【0025】
外部充電モード中において、外部充電の開始条件が成立すると、ECU100は、外部電源210の電力で組電池10を充電する、上述の「外部充電」を開始する。外部充電によって組電池10に含まれる各セルのSOCのうちの最も高いSOCが上限値SOCmaxに達すると、ECU100は、外部充電を完了する。したがって、外部充電の完了時においては、1つのセルのSOCが上限値SOCmaxに達し、その他のセルのSOCは上限値SOCmax未満の状態である。
【0026】
外部充電が完了すると、ECU100は、制御モードを外部充電モードからEV走行モードに切り替える。EV走行モードは、EV走行を行なうためのモードである。EV走行モードにおいては、ECU100は、車速やユーザのアクセル操作量に応じて負荷20のモータジェネレータを制御する。EV走行モードでは、組電池10のSOCは、モータジェネレータの回生電力によってSOCが一時的に上昇することもあるが、全体的にはモータジェネレータの電力消費によって徐々に減少していくことになる。
【0027】
<均等化制御>
組電池10では、時間の経過に伴い、セル間でSOCにばらつきが生じ得る。このようなセル間のSOCの不均等を解消するために、上述の均等化回路30が設けられている。
【0028】
ECU100は、セル間のSOCの不均等に備えた対策として、複数のセルのうちからSOCの相対的に低いセルを「基準セルBp」として抽出し、各セルのSOCが基準セルBpのSOCに近づくように各セルを個別に放電するように均等化回路30を制御する「均等化制御」を行なう。
【0029】
以下、均等化制御について詳しく説明する。以下の説明において用いられる「放電量A」は、組電池10の蓄電可能容量(単位:Ah)から、組電池10の実蓄電量(単位:Ah)を差し引いた値として定義される、組電池10の仮想的な放電量である。また、以下では、外部充電開始直前の放電量Aを「放電量A1」、外部充電完了時の放電量Aを「放電量A2」と記載する場合がある。
【0030】
均等化制御には、セル状態検出処理と、放電時間算出処理と、均等化放電指令処理とが含まれる。
(【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
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
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
金型
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
歯車
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