JP6112023B2 - 車両用電源システム - Google Patents
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Description
このような車両用電源システムによれば、両二次電池のトータル容量維持率に基づいて電池交換時期が判定されるので、第1二次電池および第2二次電池の電池交換時期を適正に先延ばしすることが可能となる。よって、従来に比べて、第1二次電池および第2二次電池をより有効に使用することができるようになる。
また、第1二次電池及び第2二次電池の充放電の機会を低減させることが可能となるので、第1二次電池及び第2二次電池の寿命を実質的に延ばすことができる。
また、前記第1二次電池の初期の電気容量が、前記第2二次電池の初期の電気容量よりも大きく設定されているので、第1二次電池単体の寿命が実質的に延び、経時的なトータル容量維持率の低下が抑制される。よって、第1二次電池および第2二次電池の電池交換時期を効果的に先延ばしすることが可能となる。
この構成によれば、仮にトータル容量維持率が第1基準値を超えている場合であっても、第1容量維持率および第2容量維持率の何れか一方が第2基準値以下の場合には、電池交換時期と判定される。これにより、何れか一方の電池の劣化が過度に進行している状態で両電池が継続的に使用されることによるトラブル、例えば発熱による発火等を未然に回避することが可能となる。
(A)基礎システム1Aが適用される電動車両の構成
図1は、本発明の基礎となる車両用電源システム1Aを示す概略図である。この車両用電源システム1Aは、電気モータ2のみを動力源として駆動輪(図示省略)を駆動する(すなわち内燃機関を併用しない)電動車両に搭載されるものである。
DP/DE=P/E ・・・(1)
ここに、
DP:仮想最適電池の出力密度(W/kg)
DE:仮想最適電池のエネルギー密度(Wh/kg)
P:要求モータ出力(W)=車両要求出力(W)
E:要求電池エネルギー容量(Wh)∝要求航続距離(km)である。
[数2]
E/DE=P/DP ・・・(2)
が得られる。
まず、車両用電源システム1Aの充電動作(回生時の充電動作)について説明する。
この車両用電源システム1Aによれば、上記の通り、電気モータ2が回生制御される際には、当該電気モータ2が発生する回生電力がキャパシタ16に優先的に充電され、キャパシタ電圧がキャパシタ16の許容上限値以上と判定された場合にのみ、回生電力が電池12に充電される。そのため、充電用プラグを介して充電器から電力が充電される場合以外、電池12の充電機会が殆ど無い。
例えば、図4、図5に示すフローチャート(充電動作制御)では、キャパシタ電圧がキャパシタ16の許容上限値以上と判定された場合であって、かつ回生動作が継続される場合(ステップS11でYES)には、コントローラ30がDC−DCコンバータ18を降圧制御することで、回生電力の充電先をキャパシタ16から電池12に切り換えているが、回生電力を充電することなく放電するようにしてもよい。具体的には、開閉スイッチを備えた放電回路をキャパシタモジュール14に対して並列に設け、図7に示すフローチャートに基づき充電動作制御を行う。このフローチャートは、図4、図5のフローチャートのステップS13の処理に代えて、ステップS18、S19の処理を設けたものである。すなわち、ステップS11での判定がYESの場合、コントローラ30は、警告ランプ等を作動させてドライバに報知した上で、前記開閉スイッチを閉じて放電回路をオン状態とする(ステップS18、S19)。これにより、回生電力を放電回路に与えて放電させる。
(A)本発明の車両用電源システム1Bが適用される電動車両の構成
図8は、本発明に係る車両用電源システム1Bを示す概略図である。この車両用電源システム1Bの基本的な構成は、基礎システム1Aと共通している。従って、以下の説明では、基礎システム1Aと共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、主に、基礎システム1Aとの相違点について詳細に説明することにする。
この車両用電源システム1Bにおける充放電動作も、基本的には、上述した基礎システム1Aの充電動作と同様に行われる。
図11は、車両用電源システム1Bにおける電池の寿命管理制御(本発明に係る電池の寿命管理方法)の一例を示すフローチャートである。この制御は、車両のイグニッションオフ時に予め設定されたタイミングで実行される。
Rp=ΔE1/ΔSOC1・E10 ・・・(3)
Re=ΔE2/ΔSOC2・E20 ・・・(4)
ここに、
Rp:第1電池13aの容量維持率(%)(本発明の第1容量維持率に相当する)
Re:第2電池13bの容量維持率(%)(本発明の第2容量維持率に相当する)
ΔE1:第1電池13aの入出力電流の積算値
ΔE2:第2電池13bの入出力電流の積算値
ΔSOC1:第1電池13aのSOCの変化量(SOC1′−SOC1)
ΔSOC2:第1電池13aのSOCの変化量(SOC2′−SOC2)
E10:第1電池13aの初期(出荷時)容量
E20:第2電池13bの初期(出荷時)容量
そして、第1電池13aおよび第2電池13bのトータルの容量維持率は、下記式(5)に基づいて求められる。
R=(Rp+Re・f)/(1+f)・・・(5)
ここに、
R:電池トータルの容量維持率(%)(本発明のトータル容量維持率に相当する)
f:第1電池13aの初期容量を1としたときの第2電池13bの初期容量の比
この電池トータルの容量維持率Rは、要するに各電池13a、13bの初期容量の比率に応じた平均値である。当例では、上述の通り両電池13a、13bの初期の容量比率は1:1なので、この場合には、電池トータルの容量維持率Rは単純な平均値[(Rp+Re)/2]となる。
このような寿命管理制御が実施される上記車両用電源システム1Bによれば、電池トータルの容量維持率Rに基づいて警告表示が実行されるので、電池13a、13bの交換時期を適正な範囲で先延ばしにして各電池13a、13bをより長期的に使用することが可能となる。換言すれば、各電池13a、13bの寿命を合理的に延ばすことが可能になる。
2 電気モータ
10 インバータ
12 二次電池
13a 第1二次電池
13b 第2二次電池
14 キャパシタモジュール
16 キャパシタ
18 DC−DCコンバータ
22 バイパススイッチ
36 電池電流・電圧センサ
37a 第1電池電流・電圧センサ
37b 第2電池電流・電圧センサ
38 キャパシタ電流・電圧センサ
40 インバータ電流センサ
42 DC−DC電流センサ
Claims (4)
- 電力回生が可能な走行用の電気モータを備えた車両の電源システムであって、
第1二次電池と、
前記第1二次電池に対して並列に接続され、前記第1二次電池よりも出力密度が小さくかつエネルギー密度が大きい第2二次電池と、
前記第1二次電池の初期の電気容量に対する現在の電気容量の割合である第1容量維持率と、前記第2二次電池の初期の電気容量に対する現在の電気容量の割合である第2容量維持率との平均値であって各二次電池の初期の電気容量の比率に応じた平均値をトータル容量維持率として求める演算装置と、
前記トータル容量維持率が予め定められた第1基準値以下のときに、電池交換時期と判定する判定装置と、
前記判定装置により電池交換時期であると判定されたことを報知する報知装置と、
前記第1二次電池に並列に接続されて、前記電気モータの駆動用電力および前記電気モータが発生する回生電力を蓄えることが可能な容量を有するキャパシタと、
前記電気モータで発生した回生電力を前記第1二次電池および前記第2二次電池よりも優先的にキャパシタに充電するとともに、キャパシタに蓄えられた電力を前記第1二次電池および前記第2二次電池よりも優先的に電気モータに供給する充放電装置と、を含み、
前記第1二次電池の初期の電気容量が、前記第2二次電池の初期の電気容量よりも大きく設定されていることを特徴とする車両用電源システム。 - 請求項1に記載の車両用電源システムであって、
前記判定装置は、前記第1容量維持率および前記第2容量維持率の何れか一方が、予め定められた基準値であって前記第1基準値より低い第2基準値以下のときには電池交換時期と判定する、ことを特徴とする車両用電源システム。 - 請求項1又は2に記載の車両用電源システムにおいて、
前記第1二次電池は、出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記電気モータの出力値である要求モータ出力と当該電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量の比の値よりも大きく、
前記第2二次電池は、出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記要求モータ出力と前記要求電池エネルギー容量の比の値よりも小さい、ことを特徴とする車両用電源システム。 - 請求項3に記載の車両用電源システムにおいて、
前記車両は、前記要求モータ出力が50kWで、前記要求電池エネルギー容量が30kWhのものであり、
前記第1二次電池は、出力密度が380W/kgでエネルギー密度が80Wh/kgのものであり、前記第2二次電池は、出力密度が40W/kgでエネルギー密度が240Wh/kgのものである、ことを特徴とする車両用電源システム。
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