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図面 (4)

課題

長期間の車両放置時において、電力消費を抑えつつ電池劣化率監視を可能とする。

解決手段

車両に搭載されたバッテリ2の周囲温度を検出する温度センサ11bと時計機能部11aを有し、セルモニタリングユニット10からバッテリ2の複数の電池モジュール3の電圧及び温度を入力して車両のイグニッションスイッチ13のオン時におけるバッテリ2全体の充電率及び劣化率を演算するバッテリモニタリングユニット11を備えた電池劣化監視システム1において、バッテリモニタリングユニット11は、更に、車両のイグニッションスイッチ13のオフ時に時計機能部11aによって所定時間経過毎起動され、温度センサ11bにより検出した周囲温度で劣化関数式を積算してイグニッションスイッチ13オフ時におけるバッテリ2の劣化率を演算する。

概要

背景

近年開発されているハイブリッド車プラグインハイブリッド車には、走行駆動用電源として大容量のバッテリ(二次電池)が搭載されている。バッテリは、使用に伴い劣化し容量が低下するので、バッテリの劣化率を把握することが必要とされている。
バッテリの劣化率は、例えばバッテリの放電量及び電池温度積算値に基づいて演算される(特許文献1)。

概要

長期間の車両放置時において、電力消費を抑えつつ電池の劣化率の監視を可能とする。車両に搭載されたバッテリ2の周囲温度を検出する温度センサ11bと時計機能部11aを有し、セルモニタリングユニット10からバッテリ2の複数の電池モジュール3の電圧及び温度を入力して車両のイグニッションスイッチ13のオン時におけるバッテリ2全体の充電率及び劣化率を演算するバッテリモニタリングユニット11を備えた電池劣化監視システム1において、バッテリモニタリングユニット11は、更に、車両のイグニッションスイッチ13のオフ時に時計機能部11aによって所定時間経過毎起動され、温度センサ11bにより検出した周囲温度で劣化関数式を積算してイグニッションスイッチ13オフ時におけるバッテリ2の劣化率を演算する。

目的

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とする

効果

実績

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請求項1

車両に搭載された電池劣化状態監視する電池劣化監視システムにおいて、前記電池の周囲温度を検出する温度検出部と、時間を計時する時計機能部と、前記電池の劣化率演算するモニタリング部と、を備え、前記モニタリング部は、前記車両のイグニッションスイッチオフ後に前記時計機能部によって所定時間経過毎起動され、前記時計機能部によって起動されたときに前記温度検出部により検出した前記周囲温度と前回起動時において検出した前記周囲温度の前記所定時間での温度変化に基づいて前記電池の劣化率を演算することを特徴とする電池劣化監視システム。

請求項2

前記モニタリング部は、劣化率を求める関数式である劣化関数式を少なくとも前記周囲温度の前記所定時間での温度変化に基づき積算し、当該積算値に基づいて前記所定時間内での前記劣化率の増加量を演算することを特徴とする請求項1に記載の電池劣化監視システム。

請求項3

前記モニタリング部は、前記電池の電圧及び温度から前記車両のイグニッションスイッチオン時における前記電池の充電率及び劣化率を演算するとともに、前記車両のイグニッションスイッチオフ時には、直前の前記イグニッションスイッチオン時に演算した前記劣化率に、前記イグニッションスイッチオフ時において演算した前記劣化率の増加量を加算して、現在の前記電池の劣化率を演算することを特徴とする請求項2に記載の電池劣化監視システム。

請求項4

前記モニタリング部が演算する現在の前記電池の劣化率は、前記車両の出荷時における前記電池の劣化率に、現在までの前記電池の劣化率の増加量を加算した値であることを特徴とする請求項3に記載の電池劣化監視システム。

請求項5

前記劣化関数式は、単位時間、前記周囲温度の単位温度及び前記電池の単位充電率当たりの前記劣化率の増加量を演算する関数式であり、前記モニタリング部は、前記車両のイグニッションスイッチオン時では前記劣化関数式を経過時間、前記周囲温度及び前記電池の充電率で積算して前記劣化率の増加量を演算し、前記車両のイグニッションスイッチオフ時では前記充電率の変化量を0とし前記劣化関数式を前記経過時間及び前記周囲温度で積算して前記劣化率の増加量を演算することを特徴とする請求項2から4の何れか1項に記載の電池劣化監視システム。

請求項6

前記所定時間は6時間であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電池劣化監視システム。

技術分野

0001

本発明は、電池劣化監視するためのシステムに関し、電池の放置時の劣化率演算する技術に関する。

背景技術

0002

近年開発されているハイブリッド車プラグインハイブリッド車には、走行駆動用電源として大容量のバッテリ(二次電池)が搭載されている。バッテリは、使用に伴い劣化し容量が低下するので、バッテリの劣化率を把握することが必要とされている。
バッテリの劣化率は、例えばバッテリの放電量及び電池温度積算値に基づいて演算される(特許文献1)。

先行技術

0003

特開2013−181875号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、バッテリは使用時だけでなく、車両放置時のように電流入出力がない場合でも経過時間と温度に依存し劣化していく。したがって、例えば長期間車両を使用せずに放置した場合、温度変化に応じて劣化率が大きく変化してしまう虞がある。
上記特許文献1では、バッテリの劣化率を算出するために、所定時間毎にバッテリの放電量及び電池温度を検出して積算するので、電流や温度の検出手段並びに演算装置の電源を入れておかなければならず、電力消費するため、長期間の監視、特に車両放置時の監視には適していない。

0005

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、長期間の車両放置時においても、電力消費を抑えつつ電池の劣化率の監視が可能な電池劣化監視システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記の目的を達成するべく、請求項1の電池劣化監視システムは、車両に搭載された電池の劣化状態を監視する電池劣化監視システムにおいて、前記電池の周囲温度を検出する温度検出部と、時間を計時する時計機能部と、前記電池の劣化率を演算するモニタリング部と、を備え、前記モニタリング部は、前記車両のイグニッションスイッチオフ後に前記時計機能部によって所定時間経過毎起動され、前記時計機能部によって起動されたときに前記温度検出部により検出した前記周囲温度と前回起動時において検出した前記周囲温度の前記所定時間での温度変化に基づいて前記電池の劣化率を演算することを特徴とする。

0007

また、請求項2の電池劣化監視システムは、請求項1において、前記モニタリング部は、劣化率を求める関数式である劣化関数式を少なくとも前記周囲温度の前記所定時間での温度変化に基づき積算し、当該積算値に基づいて前記所定時間内での前記劣化率の増加量を演算することを特徴とする。
また、請求項3の電池劣化監視システムは、請求項2において、前記モニタリング部は、前記電池の電圧及び温度から前記車両のイグニッションスイッチオン時における前記電池の充電率及び劣化率を演算するとともに、前記車両のイグニッションスイッチオフ時には、直前の前記イグニッションスイッチオン時に演算した前記劣化率に、前記イグニッションスイッチオフ時において演算した前記劣化率の増加量を加算して、現在の前記電池の劣化率を演算することを特徴とする。

0008

また、請求項4の電池劣化監視システムは、請求項3において、前記モニタリング部が演算する現在の前記電池の劣化率は、前記車両の出荷時における前記電池の劣化率に、現在までの前記電池の劣化率の増加量を加算した値であることを特徴とする。
また、請求項5の電池劣化監視システムは、請求項2から4のいずれか1項において、前記劣化関数式は、単位時間、前記周囲温度の単位温度及び前記電池の単位充電率当たりの前記劣化率の増加量を演算する関数式であり、前記モニタリング部は、前記車両のイグニッションスイッチオン時では前記劣化関数式を経過時間、前記周囲温度及び前記電池の充電率で積算して前記劣化率の増加量を演算し、前記車両のイグニッションスイッチオフ時では前記充電率の変化量を0とし前記劣化関数式を前記経過時間、前記周囲温度で積算して前記劣化率の増加量を演算することを特徴とする。

0009

また、請求項6の電池劣化監視システムは、請求項1から5のいずれか1項において、前記所定時間は6時間であることを特徴とする。

発明の効果

0010

請求項1の電池劣化監視システムによれば、イグニッションスイッチオフ時には、時計機能部によって所定時間毎にモニタリング部が起動され、温度検出部によって電池の周囲温度が検出される。
イグニッションスイッチオフ時には、電池の電力消費が抑制されるので、充電率は略変化しない。したがって、イグニッションスイッチオフ時では、温度検出部によって所定時間経過毎に検出された電池の周囲温度の変化に基づいて電池の劣化率を演算することができる。

0011

また、イグニッションスイッチオフ時での劣化率の演算の際には、所定時間経過毎にモニタリング部を起動すればよいので、電力消費を抑えることができる。これにより、車両の長期間放置時においても電力消費を抑えた上で、電池の劣化を監視することができる。
請求項2の電池劣化監視システムによれば、劣化率を求める関数式である劣化関数式を周囲温度の所定時間での温度変化に基づき積算し、当該積算値に基づいて所定時間内での劣化率の増加量が演算されるので、所定時間内での温度変化を反映した劣化率の増加量を演算することができる。また、所定時間毎に周囲温度を検出すればよいので、モニタリング部の起動回数を抑制して電力消費を抑制することができる。

0012

請求項3の電池劣化監視システムによれば、イグニッションスイッチオフ時の電池の劣化率は、その前のイグニッションスイッチオン時に演算された精度のよい劣化率に、周囲温度に基づいてイグニッションスイッチオフ時に演算された劣化率の増加量を加算して求められるので、現在の電池の劣化率を精度よく演算することができる。
請求項4の電池劣化監視システムによれば、演算される現在の電池の劣化率は、車両の出荷時における電池の劣化率に、現在までの電池の劣化率の増加量を加算した値であるので、電池初期時から現在までの電池の劣化率の増加量を求めることができる。

0013

請求項5の電池劣化監視システムによれば、イグニッションスイッチオン時では温度変化及び充電率の変化を反映した劣化率が演算され、イグニッションオフ時では温度変化を反映した劣化率が演算される。イグニッションスイッチオフ時において電池の充電率の変化量を0とすることで、イグニッションスイッチオン時とイグニッションスイッチオフ時の両方で同一の劣化関数式により劣化率の増加量を演算することができ、モニタリング部における制御を簡易化することができる。

0014

請求項6の電池劣化監視システムによれば、イグニッションスイッチオフ時にモニタリング部を起動し電池の劣化率を演算する間隔である所定時間が6時間であるので、1日のうちの温度変化を反映して劣化率の演算がされるとともに起動間隔を極力少なくすることができ、劣化率の演算精度を確保しつつ電力消費を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施形態に係る電池劣化監視システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係るバッテリモニタリングユニットによるバッテリの劣化率の演算方法を示すフローチャートである。
バッテリの劣化率の演算方法を説明するためのタイムチャートである。

実施例

0016

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電池劣化監視システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態の電池劣化監視システム1は、プラグインハイブリッド車やハイブリッド車、電気自動車のような比較的大容量の走行駆動用のバッテリ2(電池)を搭載した車両に採用されている。

0017

図1に示すように、車両に搭載された走行駆動用のバッテリ2は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された電池モジュール3を複数有している。電池モジュール3は直列に接続され、車両走行駆動用モータ4に電力を供給可能となっている。
各電池モジュール3には、電池モジュール3の温度、電圧を検出するセンサを有し、電池モジュール3毎の電圧等を監視する機能を有するセルモニタリングユニット(CMU)10が備えられている。

0018

各セルモニタリングユニット10は、バッテリモニタリングユニット(BMU、モニタリング部)11に、電圧情報温度情報を出力する。
バッテリモニタリングユニット11は、時間を計時する時計機能部11aと温度センサ11b(温度検出部)とを内蔵している。温度センサ11bは周囲温度を検出可能であり、バッテリ2の周囲温度として出力する。また、バッテリモニタリングユニット11は、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央演算処理装置(CPU)等を備えている。

0019

バッテリモニタリングユニット11は、各セルモニタリングユニット10からの電圧情報及び温度情報を入力し、バッテリ2全体の充電率SOC及びバッテリ2全体の劣化率Yを演算する機能を有している。
充電率SOCは、例えば各電池モジュール3の電圧に対応する充電率SOCを記憶したマップを用いて演算される。充電率SOCは、電池モジュール3への入出力電流の積算値に基づいて求めてもよい。

0020

バッテリモニタリングユニット11及びセルモニタリングユニット10は、車両全体の制御を行う電気コントロールユニット12から入力した車両のイグニッションスイッチ(IG)13のオン(ON)信号によって作動する。
また、バッテリモニタリングユニット11は、イグニッションスイッチ13がオフ(OFF)であっても、内蔵した時計機能部11aによって、あらかじめ設定された時間tb毎に起動されて作動可能となっている。

0021

図2は、本実施形態に係るバッテリモニタリングユニット11によるバッテリ2の劣化率の演算方法を示すフローチャートである。図3は、バッテリ2の劣化率の演算方法を説明するためのタイムチャートである。図3では、イグニッションスイッチ13をオンからオフに切り換えた場合での、バッテリモニタリングユニット11のオン、オフと、実際の温度の推移及びバッテリモニタリングユニット11オフ時における推定温度を示している。

0022

本制御は、イグニッションスイッチ13のオン信号入力により作動を開始する。
図2に示すように、始めにステップS10では、バッテリモニタリングユニット11をオンにする。そして、ステップS20に進む。
ステップS20では、各セルモニタリングユニット10から温度情報(温度T)及び電圧情報(電圧V)を入力する。そして、ステップS30に進む。

0023

ステップS30では、内蔵された時計機能部11aにより計測した時間情報(経過時間t)と、ステップS20で入力した温度情報(温度T)及び電圧情報(電圧V)とに基づいて、バッテリ2全体の充電率SOC及び劣化率Yの演算を行う。
バッテリ2全体の充電率SOCは、電圧Vに対応する充電率SOCを記憶したマップを用いて演算される。または、セルモニタリングユニット10から各電池モジュール3の電圧を入力し平均してから充電率SOCを求めてもよい。また、充電率SOCは、バッテリ2への入出力電流の積算値に基づいて求めてもよい。

0024

劣化率Yは、劣化により出荷時から低下した容量を、出荷時における容量に対する比率で表したものであり、例えば出荷時における劣化率Yは0である。
劣化率Yは、次式1により求められる。

0025

0026

上記式1に示すように、劣化率Yは、f(t,T,SOC)の演算式(本発明における劣化関数式に相当)で求められる単位時間、単位温度、単位充電率当たりの劣化率増加量を、時間t、温度T及び充電率SOCで積算して求められた時間ta当たりの劣化率増加量を加算した値である。ここでの時間taは、数msecあるいは数sec等の短い時間である。ここで、演算された充電率SOC及び劣化率Yはバッテリモニタリングユニット11内のメモリに、前回の演算値書き換えるようにして記憶しておく。そしてステップS40に進む。

0027

ステップS40では、イグニッションスイッチ13がオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチ13がオフである場合には、ステップS50に進む。イグニッションスイッチ13がオンである場合には、ステップS20に戻る。
ステップS50では、バッテリモニタリングユニット11をオフにする。なお、このときバッテリモニタリングユニット11内の時計機能部11aは作動を継続する。そして、ステップS60に進む。

0028

ステップS60では、バッテリモニタリングユニット11をオフしてからの経過時間toffを計測する。オフしてからの経過時間toffは、バッテリモニタリングユニット11内の時計機能部11aで計測する。そして、ステップS65に進む。
ステップS65では、イグニッションスイッチ13がオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチ13がオフである場合には、ステップS70に進む。イグニッションスイッチ13がオンである場合には、ステップS20に戻る。

0029

ステップS70では、ステップS60で計測された経過時間toffが所定時間tbより大きいか否かを判別する。所定時間tbは、1日を数回に分けた時間、例えば6時間に設定すればよい。経過時間toffが所定時間tbより大きい場合には、ステップS80に進む。経過時間toffが所定時間tb以下である場合には、ステップS60に戻る。
ステップS80では、バッテリモニタリングユニット11を起動する(オンにする)。そしてステップS90に進む。

0030

ステップS90では、バッテリモニタリングユニット11に内蔵された温度センサ11bから温度情報Tを入力する。また、メモリに記憶されている前回の演算値である劣化率Yn-1と前回演算時の温度Tn-1を読み出す。そして、ステップS100に進む。
ステップS100では、ステップS90で入力した前回の温度Tn-1及び劣化率Yn-1に基づいて、劣化率Yの演算を行う。

0031

ここでの劣化率Yは、次式2により求められる。

0032

0033

上記式2に示すように、劣化率Yは、f(t,T)の演算式(本発明における劣化関数式に相当)で求められる単位時間、単位温度当たりの劣化率増加量を時間t及び温度Tで積算して各起動毎(所定時間tb毎)の劣化率増加量を求め、この劣化率増加量を加算した値である。ここでは、イグニッションスイッチ13がオフであるため、充電率SOCは変化せずに略一定の値であるので、上記式(1)に対して充電率SOCの積算を行わない点が異なる。なお、所定時間tb内での温度変化は、図3に示すように、前回起動時の温度Tn-1と今回検出した温度Tnとの間を直線的に推移するように推定する。また、ここで演算された劣化率Yと温度Tはバッテリモニタリングユニット11内のメモリに前回の値から書き換えて記憶しておく。そしてステップS110に進む。

0034

ステップS110では、イグニッションスイッチ13がオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチ13がオフである場合には、ステップS50に戻る。イグニッションスイッチ13がオンである場合には、ステップS20に戻る。
以上のように制御することで、本実施形態では、イグニッションスイッチ13オン時には、バッテリモニタリングユニット11及びセルモニタリングユニット10がオンであるため、セルモニタリングユニット10から例えば数msec毎に(t1,t2、t3…)、電圧V、温度Tを入力して、劣化率Yを演算する(Y1、Y2,Y3…)。劣化率Yは所定時間毎に積算されて行き、この積算値がその時点での劣化率となる。イグニッションスイッチ13オン時では、モータ4等の使用によりバッテリ2から電流が出力する可能性があるが、セルモニタリングユニット10によって各電池モジュール3の電圧を検出しているので、時間ta毎に充電率SOC及び劣化率Yを正確に演算することができる。

0035

そして、本実施形態では、イグニッションスイッチ13オフ時においても、バッテリ2の劣化率Yが演算される。イグニッションスイッチ13オフ時には、所定時間tb(例えば6時間)毎にバッテリモニタリングユニット11を起動させ、バッテリモニタリングユニット11に内蔵されている温度センサ11bを用いて温度Tを検出し、この温度Tに基づいて劣化率が演算される。

0036

詳しくは、バッテリ2の充電率SOCの変動が少ないイグニッションスイッチ13オフ時には、所定時間tbの間での時間tと温度Tでf(t,T)を積分した値が、当該所定時間tb内で劣化した劣化率増加量に相当する。所定時間tb内では、温度Tは前回検出した温度Tn-1と今回検出した温度Tnとの間で直線的に変化すると推定しているので、所定時間tb内で逐次温度を検出する必要がなく、所定時間tb毎にバッテリモニタリングユニット11のみを起動して温度を検出し劣化率増加量を演算できる。そして、メモリに記憶されている前回の劣化率Yn-1に劣化率増加量を加算して、現時点での劣化率Yが演算できる。

0037

本実施形態では、式1によりイグニッションオン時での劣化率増加量を積算した劣化率Yが求められ、式2によりイグニッションオフ時での劣化率増加量を積算した劣化率Yが求められる。車両は出荷時からイグニッションオン、イグニッションオフが夫々任意の時間で交互に繰り返されるので、出荷時からの総合的なバッテリ2の劣化率は、式1により求められたイグニッションオン時での劣化率増加量を積算した劣化率Yと、式2により求められたイグニッションオフ時での劣化率増加量を積算した劣化率Yを交互に加算した値となる。つまり、バッテリ2の初期時から現在までの劣化率の増加量を求めることができる。

0038

例えば、イグニッションオフ時での劣化率Yは、直前のイグニッションスイッチオン時に演算してメモリに記憶された劣化率Yに、当該イグニッションスイッチオフ時において演算した劣化率Yの増加量を加算して、現在のバッテリ2の劣化率Yが演算される。
なお、上記メモリを第1のメモリと第2のメモリの2つに分け、イグニッションオン時での劣化率増加量の積算値を第1のメモリに記憶し、イグニッションオフ時での劣化率増加量の積算値を第2のメモリに記憶して、第1のメモリに記憶されているイグニッションオン時での劣化率増加量の積算値と、第2のメモリに記憶しているイグニッションオフ時での劣化率増加量の積算値を加算して、出荷時からの総合的なバッテリ2の劣化率を求めるようにしてもよい。

0039

このように、本実施形態では所定時間tb毎にバッテリモニタリングユニット11を起動させて、イグニッションスイッチ13オフ時での温度変化に伴って変化するバッテリ2の劣化率を演算することができる。時計機能部11aや温度センサ11bがバッテリモニタリングユニット11に内蔵されているので、イグニッションスイッチ13オフ時には所定時間tb毎にバッテリモニタリングユニット11のみ起動させてバッテリ2の劣化率Yを演算可能であり、消費電力を抑制することができる。

0040

また、本実施形態では、イグニッションスイッチ13オフ時の劣化率Yは、直前のイグニッションスイッチ13オン時に演算された精度のよい劣化率Yに、周囲温度Tに基づいてイグニッションスイッチ13オフ時に演算された劣化率Yの増加量を加算して求められるので、すべての期間でバッテリモニタリングユニット11によって周囲温度Tに基づいて劣化率Yを演算するよりも、バッテリ2の劣化率を精度よく演算することができる。

0041

また、本実施形態では、所定時間tbを6時間に、即ちイグニッションスイッチ13オフ時には1日4回温度を検出するように設定しているので、検出回数を抑えて消費電力を抑えつつ、1日での最高温度及び最低温度に近い値を温度検出値に反映させることができる。
以上により、本実施形態では、長期間車両を放置した場合でも、電力の消費を抑えつつバッテリ2の劣化を正確に監視することができる。

0042

なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば、バッテリモニタリングユニット11を起動させる間隔である所定時間tbを他の値に適宜設定してもよい。また、バッテリモニタリングユニット11が1日のうちの最高温度及び最低温度となるような時刻に起動するように設定してもよい。
また、上記実施形態では、時計機能部11aや温度センサ11bがバッテリモニタリングユニット11に内蔵されているが、バッテリモニタリングユニット11と別体に配置してもよい。

0043

また、上記実施形態では、上記式1によりイグニッションオン時での劣化率Yを求め、式2によりイグニッションオフ時での劣化率Yを求めているが、イグニッションオン時及びイグニッションオフ時のいずれも式1で劣化率Yを求めてもよい。この場合、イグニッションオフ時には、充電率SOCに変化がなく一定の値として式1を演算すればよい。このようにすることで、イグニッションスイッチオン時とイグニッションスイッチオフ時の両方で同一の劣化関数式(式1)により劣化率Yを演算することができ、バッテリモニタリングユニット11における制御を簡易化することができる。

0044

また、上記実施形態では、出荷時における劣化率Yを0としているが、出荷時における劣化率Yが0でない場合であっても、出荷時における劣化率Yに、式1もしくは式2により求められた劣化率増加量を積算した劣化率Yを加算することで、現在のバッテリ2の劣化率Yが演算される。つまり、上記実施形態と同様、バッテリ2の初期時から現在までの劣化率の増加量を求めることができる。

0045

また、本実施形態では、車両の走行駆動源に利用されるバッテリ2に対して本発明を適用しているが、車両に搭載される電池に対して広く適用することができる。

0046

2バッテリ(電池)
3電池モジュール
11バッテリモニタリングユニット(モニタリング部)
11a時計機能部
11b温度センサ(温度検出部)
13 イグニッションスイッチ

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