JP6777027B2 - 二次電池システム - Google Patents
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Description
本開示は、二次電池システムに関し、より特定的には、リチウムイオン二次電池を備え、車両に搭載される二次電池システムに関する。
リチウムイオン二次電池(以下、二次電池とも略す)において、比較的大きな電流での充放電が継続的に行なわれた場合に二次電池の内部抵抗が増加する劣化現象が知られている。この劣化は「ハイレート劣化」とも称される。大電流での充放電が繰り返し行なわれることにより電極体の内部でのリチウムイオンの濃度分布が偏ることがハイレート劣化の要因の1つと考えられている。
二次電池が搭載された車両においては、車両が走行することにより生じた振動が二次電池に加わることで、二次電池のハイレート劣化の劣化速度(単位時間当たりの劣化量)が大きくなる可能性がある。たとえば特開2015−122151号公報(特許文献1)に開示された二次電池の制御装置は、二次電池の振動強度を検出する振動センサを備える。特許文献1によれば、振動センサにより検出された振動強度に応じた振動係数が算出される。そして、算出された振動係数を用いて、ハイレート劣化の進行度合いを示すパラメータ(積算値ΣD)のしきい値が補正される。
二次電池が振動すると、ハイレート劣化の緩和が起こりにくくなり、ハイレート劣化が進行しやすい状態が生じる(詳細は後述)。したがって、二次電池が振動した場合には、ハイレート劣化の進行を抑制するための制御(以下、「ハイレート劣化抑制制御」とも記載する)を実行することが望ましい。
振動センサにより車両(あるいは二次電池)の振動が検出された場合にハイレート劣化抑制制御を実行することも考えられる。しかしながら、ハイレート劣化抑制制御には、ある程度の時間を要するので、すでに振動が検出されてからハイレート劣化抑制制御を実行することは、いわば事後対策となる。そのため、ハイレート劣化抑制制御の実行開始タイミングが適切なタイミングよりも遅れてしまう可能性がある。このように、振動センサを用いた手法には、ハイレート劣化抑制制御を適切なタイミングで実行することができない可能性がある点において、改善の余地が存在する。
本開示は上記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、車両に搭載される二次電池システムにおいて、ハイレート劣化の進行を抑制するための制御を適切なタイミングで実行可能な技術を提供することである。
本開示のある局面に従う二次電池システムは、車両に搭載される。二次電池システムは、車両の位置情報を取得する位置情報取得部と、リチウムイオンを含む電解液に含浸された電極体を有する二次電池と、ハイレート劣化抑制制御を実行する制御装置とを備える。ハイレート劣化抑制制御とは、電極体の内部でのリチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じる劣化であるハイレート劣化の進行を抑制するための制御である。制御装置は、第1〜第4の処理を実行する。第1の処理は、二次電池の温度およびSOC(State Of Charge)からハイレート劣化の進行度合いを示す劣化指標値を算出する処理である。第2の処理は、車両の走行予定経路の各地点について、予め設定された二次電池の振動強度を車両の位置情報を用いて取得する処理である。第3の処理は、劣化指標値および振動強度を用いて、ハイレート劣化の進行しにくさを示す耐性値を算出する処理である。第4の処理は、走行予定経路において耐性値が基準値未満になる地点に車両が到達する前にハイレート劣化抑制制御の実行を開始する処理である。
上記構成によれば、車両の走行予定経路の各地点における振動強度が推定される(第2の処理)。そして、推定された振動強度を用いて各地点における耐性値が算出される(第3の処理)。耐性値が基準値未満になる地点(すなわち、ハイレート劣化が進行しやすい状態が生じる地点)では、その地点に車両が到達する前にハイレート劣化抑制制御の実行が開始される(第4の処理)。このように、車両の走行予定経路の各地点の振動強度を予め取得することで、振動により耐性値が低くなる地点を走行する前のタイミング(遅延のない適切なタイミング)でハイレート劣化抑制制御の実行を開始することができる。その結果、ハイレート劣化の進行を好適に抑制することが可能になる。
本開示によれば、車両に搭載される二次電池システムにおいて、ハイレート劣化の進行を抑制するための制御を適切なタイミングで実行することができる。
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り返さない。
[実施の形態]
<電池情報収集システムの全体構成>
本実施の形態では、本開示に係る二次電池システムからの「電池情報」を収集するための電池情報収集システムが運営される例について説明する。
<電池情報収集システムの全体構成>
本実施の形態では、本開示に係る二次電池システムからの「電池情報」を収集するための電池情報収集システムが運営される例について説明する。
図1は、本実施の形態における電池情報収集システム1の全体構成を概略的に示す図である。電池情報収集システム1は、車両10と、複数の車両20と、サーバ30とを含む。
車両10は、対象となるユーザ(図示せず)の車両(自車両)であり、複数の車両20は、他のユーザの車両(他車両)である。車両10および複数の車両20の各々は、組電池110(図2参照)が搭載された電動車両であって、より具体的には、ハイブリッド車(プラグインハイブリッド車を含む)、電気自動車および燃料電池車のうちのいずれかである。
車両10とサーバ30とは、双方向に通信可能に構成されている。また、複数の車両20の各々とサーバ30とも、双方向通信が可能に構成されている。これにより、サーバ30は、車両10および複数の車両20の各々から組電池110に関する情報(電池情報)を収集する。
図2は、電池情報収集システム1の構成をより詳細に示す図である。複数の車両20の各々は、車両10と基本的に共通の構成を有する。よって、図面が煩雑になるのを防ぐため、図2では車両20の図示を省略し、車両10の構成について代表的に説明する。
車両10には、モータジェネレータおよび電力制御装置(PCU:Power Control Unit)(いずれも図示せず)などに加えて、二次電池システム11が搭載されている。二次電池システム11は、ECU(Electronic Control Unit)100と、組電池110と、監視装置120と、冷却装置130と、ナビゲーション装置140と、通信モジュール150とを備える。ECU100、監視装置120、冷却装置130、ナビゲーション装置140および通信モジュール150は、CAN(Controller Area Network)などの有線の車載ネットワーク160により互いに接続されている。
組電池110は、リチウムイオン二次電池の複数のセル111(図3参照)を含んで構成されている。組電池110は、PCUを介してモータジェネレータ(図示せず)に駆動用の電力を供給する。このモータジェネレータは、回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータにより発電された交流電力は、電力制御装置により直流電力に変換されて組電池110に充電される。
監視装置120は、組電池110の状態を監視するために設けられ、電圧センサ121と、電流センサ122と、温度センサ123とを含んで構成される。電圧センサ121は、組電池110の電圧を検出する。電流センサ122は、組電池110に入出力される電流Ibを検出する。温度センサ123は、組電池110の温度Tbを検出する。各センサの検出結果は、車載ネットワーク160を介してECU100に送信される。
冷却装置130は、たとえば冷却ファンであって、ECU100からの制御に応じて組電池110を冷却する。なお、冷却装置130の冷却方式は空冷式に限定されず、たとえば配管を流れる液体冷媒(図示せず)と組電池110との間で熱交換を行なわせる液冷式であってもよい。
ナビゲーション装置140は、人工衛星(図示せず)からの電波に基づいて車両10の位置を特定するためのGPS(Global Positioning System)受信機141を含む。ナビゲーション装置140は、GPS受信機141により特定された車両10の位置情報を用いて、車両10の各種ナビゲーション処理を実行する。より具体的には、ナビゲーション装置140は、車両10の位置情報とメモリ(図示せず)に記憶された道路地図データとに基づいて、車両10の周辺の道路地図に車両10の現在位置を重ね合わせてナビ画面(図示せず)に表示させる。また、ナビゲーション装置140は、車両10の現在地から目的地までの推奨経路を案内する。車両10の位置情報は、車載ネットワーク160を介してECU100にも送信される。なお、ナビゲーション装置140は、本開示に係る「位置情報取得部」に相当する。
通信モジュール150は、車載DCM(DCM:Data Communication Module)であって、ECU100とサーバ30とが双方向に通信可能なように構成されている。通信モジュール150の通信方式は特に限定されず、たとえば第4世代移動通信であってもよく、第3世代移動通信のような通信速度が比較的低い通信方式であってもよい。また、通信モジュール150としては、車載DCMに代えてユーザの携帯端末(スマートフォンなど)を用いてもよい。
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)101と、メモリ102と、入出力バッファ103と、タイマ104とを含んで構成される。ECU100は、監視装置120による検出結果に基づいて、組電池110について所望の充放電が行なわれるようにPCU(図示せず)を制御する。ECU100による主要な制御としては、組電池110のハイレート劣化の進行度合いを示すパラメータ(後述の劣化評価値ΣD)を算出する制御と、組電池110のハイレート劣化の進行を抑制するための制御とが挙げられる。これらの制御の詳細については後述する。
サーバ30は、たとえばアプリケーションサーバである演算装置300と、記憶装置310と、通信装置320とを備える。記憶装置310は、各々がデータベースサーバである重量情報データベース311と、車速情報データベース312と、振動情報データベース313と含む。
重量情報データベース311は、各車両10,20の重量(車重)を示す重量情報I2を格納する。車速情報データベース312は、各車両10,20の車速を示す車速情報I3を格納する。振動情報データベース313は、組電池の振動強度を示す振動情報I4を格納する。重量情報I2、車速情報I3および振動情報I4については図7にて詳細に説明する。
通信装置320は、車両10に搭載された通信モジュール150と双方向のデータ通信を行なうことが可能に構成されている。
演算装置300は、図示しないが、演算装置300は、交通情報(道路の渋滞または混雑具合の状況に関する情報)を取得することができるとともに天気予報情報なども取得することができるように構成されている。演算装置300は、通信装置320を介して車両10の経路情報I1を取得し、取得された経路情報I1、交通情報および天気予報情報などに基づいて、提供情報I5を生成する。生成された提供情報I5は、通信装置320および通信モジュール150を介してECU100へと提供される。この処理の詳細については図9にて説明する。また、なお、理解を容易にするため、以下では、演算装置300により実行される処理をサーバ30により実行される処理と記載する場合がある。
<セル構成>
図3は、セル111の構成をより詳細に説明するための図である。図3においてセル111は、その内部を透視して示されている。セル111は、電池ケース112と、蓋体113と、正極端子114と、負極端子115と、電極体116(破線で示す)とを含む。
図3は、セル111の構成をより詳細に説明するための図である。図3においてセル111は、その内部を透視して示されている。セル111は、電池ケース112と、蓋体113と、正極端子114と、負極端子115と、電極体116(破線で示す)とを含む。
電池ケース112は、たとえば角型形状(略直方体形状)を有する。蓋体113は、電池ケース112の上面(鉛直方向上面)を封止する。正極端子114および負極端子115の各々の一方端は、蓋体113から外部に突出している。正極端子114および負極端子115の他方端は、電池ケース112の内部において、内部正極端子および内部負極端子(いずれも図示せず)にそれぞれ電気的に接続されている。
電極体116は、正極117と負極118とがセパレータ119を介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電極体116は、その捲回軸が電池ケース112の長辺方向に延在するように電池ケース112に収容されている。そのため、電極体116のうち活物質層が形成されず、集電体(正極117および負極118)の表面がセパレータ119から露出した領域が電池ケース112の長辺方向の両端に位置している。一方、電極体116のうち活物質層が形成されるとともにセパレータ119により覆われ、集電体表面が露出していない中央領域も存在する。なお、図3では電極体116が捲回型である例を示すが、電極体116は積層型であってもよい。
<ハイレート劣化>
以上のように構成された組電池110においては、比較的大きな電流での充放電が継続的に行なわれた場合に組電池110の内部抵抗が増加する劣化現象である「ハイレート劣化」が生じ得る。ハイレート劣化は、電極体116の内部でのリチウムイオンの濃度分布が偏ることを1つの要因として生じる劣化である、ハイレート劣化の進行度合いを示す劣化指標値ΣDは、たとえば以下のように算出することができる(詳細については、たとえば特許文献1、国際公開第2013/046263号または特開2015−131573号公報参照)。
以上のように構成された組電池110においては、比較的大きな電流での充放電が継続的に行なわれた場合に組電池110の内部抵抗が増加する劣化現象である「ハイレート劣化」が生じ得る。ハイレート劣化は、電極体116の内部でのリチウムイオンの濃度分布が偏ることを1つの要因として生じる劣化である、ハイレート劣化の進行度合いを示す劣化指標値ΣDは、たとえば以下のように算出することができる(詳細については、たとえば特許文献1、国際公開第2013/046263号または特開2015−131573号公報参照)。
ECU100は、組電池110の充放電に伴う塩濃度分布の偏りの増大および減少の両方を考慮して、劣化評価値ΣDを算出するための評価値Dを所定の制御周期ΔT毎に算出する。N回目(今回)の制御周期で算出される組電池110の評価値をD(N)と表し、(N−1)回目(前回)の制御周期で算出された評価値をD(N−1)と表すと、評価値D(N)は、漸化式である下記式(1)に従って算出される。評価値の初期値D(0)は、たとえば0に設定される。なお、Nは自然数である。
D(N)=D(N−1)−D(−)+D(+) ・・・(1)
D(N)=D(N−1)−D(−)+D(+) ・・・(1)
上記式(1)において、評価値の減少量D(−)は、前回の評価値算出時から今回の評価値算出時までの間(制御周期ΔTの間)にリチウムイオンが拡散することによる塩濃度分布の偏りの減少量を表す。一例として、減少量D(−)は、下記式(2)のように忘却係数αを用いて算出することができる。なお、0<α×ΔT<1である。
D(−)=α×ΔT×D(N−1) ・・・(2)
D(−)=α×ΔT×D(N−1) ・・・(2)
忘却係数αは、電解液中のリチウムイオンの拡散速度に対応する係数であり、温度TbおよびSOCに依存する。そのため、忘却係数αと、温度TbおよびSOCとの相関関係が実験またはシミュレーションにより予め取得され、マップまたは変換式としてECU100のメモリ102に格納されている。このマップまたは変換式を参照することにより、温度TbおよびSOCから忘却係数αを算出することができる。後述する電流係数β、限界しきい値γおよび減衰係数δについても同様である。
式(1)に戻り、評価値の増加量D(+)は、前回の評価値算出時から今回の評価値算出時までの間(制御周期ΔTの間)における充放電による塩濃度分布の偏りの増大量を表す。増加量D(+)は、たとえば下記式(3)のように電流係数β、限界しきい値γおよび電流Ibを用いて算出することができる。
D(+)=(β/γ)×IB×ΔT ・・・(3)
D(+)=(β/γ)×IB×ΔT ・・・(3)
ECU100は、初期値(0)から今回値(N)までのすべてのNについて評価値D(N)を積算することにより劣化評価値ΣD(N)を算出する。より具体的には、下記式(4)に示すように、評価値の初期値D(0)から(N−1)回目の制御周期における評価値D(N−1)までが積算された劣化評価値ΣD(N−1)に減衰係数δが乗算され、さらに、N回目の制御周期における評価値D(N)が加算される。減衰係数δは、時間経過に伴うリチウムイオンの拡散による塩濃度分布の偏りの減少を考慮して定められる係数である。
ΣD(N)=δ×ΣD(N−1)+D(N) ・・・(4)
ΣD(N)=δ×ΣD(N−1)+D(N) ・・・(4)
<ハイレート劣化の抑制>
本実施の形態において、ECU100は、組電池110のハイレート劣化の進行を抑制するための「ハイレート劣化抑制制御」を実行することが可能である。ハイレート劣化の進行には、たとえばSOCが関連することが知られている。
本実施の形態において、ECU100は、組電池110のハイレート劣化の進行を抑制するための「ハイレート劣化抑制制御」を実行することが可能である。ハイレート劣化の進行には、たとえばSOCが関連することが知られている。
図4は、ハイレート劣化の進行と組電池110のSOCとの関係を説明するための概念図である。図4において、横軸は、組電池110のSOCを表す。縦軸は、組電池110におけるハイレート劣化の進行しにくさを示す指標値である「耐性値」Rを表す。耐性値Rが低いとハイレート劣化が進行しやすく、耐性値Rが高いほどハイレート劣化が進行しにくくなる。
図4に示すように、耐性値Rは、組電池110のSOCが相対的に高い領域においては、ある程度高い。しかし、SOCが低くなるに従って耐性値Rは低下する。そのため、組電池110のSOCを耐性値Rが比較的高いSOC領域内に維持することが望ましい。より具体的には、耐性値Rが基準値Rcよりも高くなるSOC領域(Sc以上のSOC領域)になるように組電池110のSOCを調整することが望ましい。
このSOC調整は以下のように実現することができる。すなわち、車両10では、予め定められた中心値(SOC制御中心)を含む一定のSOC領域内で組電池110のSOCが制御されるところ、通常時(ハイレート劣化抑制制御の非実行時)と比べて、SOC制御中心を引き上げることができる。あるいは、通常時と比べて、使用するSOC領域の上限値および下限値(特に下限値)を引き上げてもよい。これにより、耐性値Rが基準値Rcよりも高い状態を実現することができる。
耐性値Rを基準値Rcよりも高い状態を実現するためのハイレート劣化抑制制御は、上述のようなSOC調整によるものに限定されない。耐性値Rは温度依存性を有し、組電池110の温度Tbが低いと耐性値Rも低くなる。そのため、ハイレート劣化抑制制御として、たとえば、組電池110の温度Tbが基準温度(基準値Rcに対応する温度)よりも高くなるようにしてもよい。たとえば、冷却装置130の駆動を禁止したり、冷却装置130による冷却量(冷却装置130が空冷式の場合には冷却風の風量)を抑制したりしてもよい。
また、車両10では、組電池110の充電電力の制御上限値である充電電力上限値Winと、放電電力の制御上限値である放電電力上限値Woutとが規定されている。ハイレート劣化抑制制御として、たとえば放電電力上限値Woutは通常値に維持しつつ、充電電力上限値Win(の絶対値)を増加させてもよい。これにより、通常時と比べて、組電池110の充電電力と放電電力との収支が充電側に振れて組電池110が充電されやすくなるので、SOCがScよりも高い状態が実現されやすくなる。
図5は、ハイレート劣化抑制処理の効果を説明するための概念図である。図5において、横軸は車両10の走行時間を示し、縦軸は組電池110の内部抵抗増加率(初期状態を基準とした内部抵抗の比率)を示す。図5に示すように、ハイレート劣化抑制制御を実行することにより、ハイレート劣化に起因する内部抵抗の増加を抑制することができる。
<振動の影響>
たとえば荒れた路面からの振動を受けて走行中の車両10が振動すると、その振動(揺れ、衝撃なども含む)が組電池110に伝わる。この振動は、ハイレート劣化がある程度進行した組電池110に対して以下のような影響を与え得る。
たとえば荒れた路面からの振動を受けて走行中の車両10が振動すると、その振動(揺れ、衝撃なども含む)が組電池110に伝わる。この振動は、ハイレート劣化がある程度進行した組電池110に対して以下のような影響を与え得る。
図6は、組電池110の振動がハイレート劣化に与える影響を説明するための図である。図6では、組電池110に代えてセル111を図示して振動の影響が模式的に説明される。図6(A)は、ハイレート劣化前におけるセル111の状態を示し、図6(B)は、ハイレート劣化後におけるセル111の状態を示す。
図6(A)を参照して、組電池110にハイレート劣化が生じていない場合、電解液は、主に電極体116の内部に保持された状態であり、電池ケース112の底部には、余剰電解液(電極体116が保持できる量以上の電解液)はあまり存在していない。一方、ハイレート劣化が生じると、図6(B)に示すように、電極体116の両端に位置する露出領域から電解液が電極体116の外部へと流出する。
組電池110が振動していない場合には、外部に流出した電解液のうちの一部が電極体116の内部へと再び流入する(図6(C)参照)。その結果、電極体116の内部における塩濃度分布の偏りが一定程度緩和される。すなわち、ハイレート劣化が緩和される。
これに対し、組電池110が振動すると、図6(D)に示すように、外部に流出した電解液が電極体116の内部へと流入しにくくなり、電池ケース112の底部に滞留する。そうすると、ハイレート劣化の緩和が起こりにくくなり、ハイレート劣化が進行しやすい状態が生じる。したがって、組電池110が振動した場合には、上述のハイレート劣化抑制制御を実行することが望ましい。
たとえば組電池110に振動センサ(図示せず)を設置し、組電池110の振動が振動センサにより実際に検出された場合にハイレート劣化抑制制御を実行することも考えられる。しかしながら、ハイレート劣化抑制制御として、たとえばSOC制御中心を変化させた場合(上述)、それに伴って実際のSOC領域が変化するまでには、ある程度の時間を要し、タイムラグが生じ得る。そのため、すでに振動が検出されてからハイレート劣化抑制制御を実行することは、いわば事後対策となるので、タイムラグの分だけ、ハイレート劣化抑制制御の実行開始タイミングが適切なタイミングよりも遅れてしまう場合が生じ得る。このように、振動センサを用いた手法には、ハイレート劣化抑制制御を適切なタイミングで実行することができず、その結果、ハイレート劣化が進行しやすい状態を未然に防止することができない可能性がある点において、改善の余地が存在する。
そこで、本実施の形態においては、車両10の位置情報を用いて、車両10の走行予定経路の各地点における振動強度Gを予め推定する構成を採用する。以下に説明するように、走行予定経路の各地点における振動強度Gと、劣化指標値ΣDとが算出され、振動強度Gおよび劣化指標値ΣDから耐性値Rが算出される。そして、耐性値Rが基準値Rc(図4参照)未満となる地点(区間)においてハイレート劣化抑制制御が実行される。
<各種データのデータ形式>
車両10およびサーバ30では、車両10の走行予定経路の各地点における振動強度Gを推定し、さらに振動強度Gから耐性値Rを算出するために、たとえば5種類のデータが使用される。5種類のデータとは、経路情報I1、重量情報I2、車速情報I3、振動情報I4および提供情報I5である。
車両10およびサーバ30では、車両10の走行予定経路の各地点における振動強度Gを推定し、さらに振動強度Gから耐性値Rを算出するために、たとえば5種類のデータが使用される。5種類のデータとは、経路情報I1、重量情報I2、車速情報I3、振動情報I4および提供情報I5である。
図7は、本実施の形態において使用される各データのデータ形式の一例を説明するための図である。
図7(A)を参照して、経路情報I1は、車両10の走行予定経路を特定するための情報であり、車両10からサーバ30に送信される。経路情報I1は、たとえば、車両10の識別情報(以下、「車両ID」とも記載する)と、車両10の現在地に関する情報(現在地情報)P0と、車両10の目的地に関する情報(目的地情報)Pm(mは自然数)とを含む。経路情報I1は、ナビゲーション装置140により算出された、現在地と目的地との間の経路の1または複数地点の位置情報P1,P2,P3,・・・をさらに含む。
図7(B)を参照して、重量情報I2は、車両10の重量を特定するための情報であり、車両IDと、車両10の車種に関する情報と、車両10の重量に関する情報とを含む。車種と重量との対応関係は、車両の仕様値(カタログ値)などから既知である。そのため、たとえば車両10の販売時に車両IDと車種との対応関係をサーバ30に予め登録しておく(すなわち、車両10の車種を登録しておく)ことにより、重量情報I2を生成することができる。
図7(C)を参照して、車速情報I3は、車両10の走行予定経路を含む経路の位置情報Pa,Pb,Pc,・・・と、位置情報Pa,Pb,Pc,・・・にそれぞれ対応する車速に関する情報Va,Vb,Vc,・・・とを含む。車速情報I3は、過去の走行履歴、すなわち車両10の走行予定経路を他の車両20(車両10を含んでもよい)が過去に実際に走行した際の車速から、たとえば平均車速などを算出することで求めることができる。また、各地点における車速は、過去の走行履歴に基づいて算出された車速を基礎とした上で、現在(および車両10がその地点を通ることが予測される近い将来)の交通情報および天気予報情報などを考慮して補正することが、より好ましい。これにより、車速情報I3の精度を向上させることができる。
図7(D)を参照して、振動情報I4は、位置情報Pa,Pb,Pc,・・・と、位置情報Pa,Pb,Pc,・・・にそれぞれ対応する振動強度に関する情報Ga,Gb,Gc,・・・とを含む。情報Ga,Gb,Gc,・・・は、経路の路面状況(路面の整備の程度、路面に存在する凹凸の大きさなど)、経路の形状(曲率または勾配)などに応じて、どの程度の振動が生じるかが予め調査することにより設定される。この調査は、振動センサが搭載されたテスト車両に実際に路面を走行させ、振動センサの検出値を収集することにより実施することができる。
振動強度に関する情報Ga,Gb,Gc,・・・は、典型的な車両が一般的な走行を行なっている場合に生じる振動強度を示すものである。たとえば大型車では、一般的な車両(普通車)とは異なる振動強度が生じ得る。また、車両が高速または低速で走行する場合には、車両が一般的な速度で走行する場合と比べて、振動強度が異なる可能性がある。したがって、たとえば以下のようにマップMPを用いることによって車両10の重量Wおよび車速Vに応じた振動強度が算出(あるいは補正)される。
図8は、本実施の形態におけるマップMPの概念図である。マップMPは、図8に示すように、重量Wと車速Vと位置Pとの組合せにより定義される条件毎に、組電池110に生じる振動強度Gが規定された3次元マップである。マップMPも事前の実験により作成することができる。マップMPを参照することによって、重量情報I2、車速情報I3および振動情報I4から、車両10の重量Wおよび車速Vに応じた振動強度を算出することができる。
図7(E)に戻り、提供情報I5は、サーバ30から車両10に提供される情報である。提供情報I5は、車両IDと、車両10の現在地から目的地までの位置情報P1〜Pmと、位置情報P1〜Pmにそれぞれ対応する振動強度に関する情報G1〜Gm(マップMPを参照することで車両10の重量Wおよび車速Vに応じて算出された情報)とを含む。
<制御フロー>
図9は、本実施の形態におけるハイレート劣化に関する制御を説明するためのフローチャートである。図9では、ECU100により実行される処理を図中左側に示し、サーバ30により実行される処理を右側に示す。このフローチャートは、所定条件が成立する度または所定周期が経過する毎にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。また、このフローチャートの実行開始時には、ナビゲーション装置140に車両10の目的地(目的地情報Pk)がユーザにより登録されているものとする。
図9は、本実施の形態におけるハイレート劣化に関する制御を説明するためのフローチャートである。図9では、ECU100により実行される処理を図中左側に示し、サーバ30により実行される処理を右側に示す。このフローチャートは、所定条件が成立する度または所定周期が経過する毎にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。また、このフローチャートの実行開始時には、ナビゲーション装置140に車両10の目的地(目的地情報Pk)がユーザにより登録されているものとする。
なお、このフローチャートに含まれる各ステップ(以下、「S」と略す)は、基本的には、ECU100またはサーバ30(演算装置300)によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU100または演算装置300内に作製された専用のハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
図2、図7および図9を参照して、S110において、ECU100は、温度センサ123から組電池110の温度Tbを取得するとともに、組電池110のSOCを推定する。SOCの推定手法としては、OCV(Open Circuit Voltage)−SOCカーブを用いた手法、電流積算による手法、または、それらを組み合わせた手法など、公知の様々な手法を採用することができる。
S120において、ECU100は、組電池110の温度TbおよびSOCに基づいて、組電池110の劣化指標値ΣDを算出する。劣化指標値ΣDの算出手法については、すでに詳細に説明したため、ここでは説明は繰り返さない。また、S110,S120の処理は、別ルーチンにより実行されてもよい。
S130において、ECU100は、ナビゲーション装置140から車両10の現在地情報P0(および、現在地と目的地との間の推奨経路に関する情報)を取得する。
S140において、ECU100は、経路情報I1を生成し、生成された経路情報I1をサーバ30に送信する。
サーバ30は、車両10から経路情報I1を受けると、重量情報データベース311から車両10に対応する重量情報I2を読み出す。さらに、サーバ30は、車速情報データベース312から車両10に対応する車速情報I3を読み出すとともに、振動情報データベース313から車両10に対応する振動情報I4を読み出す(S210)。そして、S220において、サーバ30は、図8に示したマップMPを参照することによって重量情報I2、車速情報I3および振動情報I4から提供情報I5を生成する。生成された提供情報I5は、車両10へと送信される。
S150において、ECU100は、S120にて算出した劣化指標値ΣDと、S220にてサーバ30から受けた提供情報I5とに基づいて、車両10の走行予定経路の各地点について、組電池110の耐性値Rを算出する。たとえば、劣化指標値ΣDと振動強度Gと耐性値Rとの間に成立する相関関係を予め実験等により求め、その相関関係を示すマップ(図示せず)をメモリ102に格納しておくことにより、劣化指標値ΣDおよび振動強度Gから耐性値Rを算出することができる。算出された各地点の耐性値Rは、メモリ102に記憶される。
S160において、ECU100は、車両10の走行地点(現在地)を更新し、更新された現在地よりも少し先の走行予定地点における耐性値Rが基準値Rc(図4参照)未満であるか否かを判定する(S170)。耐性値Rが基準値Rc未満である場合(S170においてYES)、ECU100は、ハイレート劣化抑制制御を実行する(S180)。ハイレート劣化抑制制御の詳細については、図4および図5にて説明した各手法のうちの1つを実行してもよいし、2つ以上を適宜組み合わせて実行してもよい。一方、耐性値Rが基準値Rc以上である場合(S170においてNO)には、ECU100は、ハイレート劣化抑制制御を実行しない(S185)。
車両10が目的地に到達するまでS160〜S185の処理が繰り返され(S190においてNO)、車両10が目的地に到達すると(S190においてYES)、処理がメインルーチンへと戻される。なお、図示しないが、途中で目的地が変更されたり、走行経路が当初の走行予定経路から変更されたりした場合には、新しい経路について、経路情報I1の生成および耐性値Rの算出等の処理(S130〜S150,S210,S220の処理)が実行される。
以上のように、本実施の形態によれば、車両10の走行予定経路の各地点(位置情報P1〜Pmにより示される各地点)において組電池110が受ける振動強度GがマップMPを用いて推定される。そして、推定された振動強度Gを用いて各地点における耐性値Rが算出される。耐性値Rが基準値Rc未満になる地点では、ハイレート劣化が進行しやすくなる状態が生じ得るとして、その地点を走行する直前にハイレート劣化抑制制御が実行される(S180)。このように、車両10の走行予定経路の各地点の振動強度を予め推定することにより、振動センサを用いた構成とは異なり、実際に振動が生じる前の遅延のない適切なタイミングでハイレート劣化抑制制御を実行することができる。その結果、ハイレート劣化を一層適切に抑制することが可能になる。
なお、本実施の形態では、サーバ30から車両10へと提供情報I5が提供される構成を例に説明した。しかし、車両10は、サーバ30との通信に代えて、車両10の周囲の他の車両(図示せず)との通信(いわゆる車車間通信)により提供情報I5に相当する情報を受けてもよい。
また、車両が提供情報I5を車両10の外部から受けることは必須ではない。たとえば、ナビゲーション装置140に走行経路の各地点について、車両10の重量に応じた振動強度を予め記憶させておくことができる。この場合、車両10は、サーバ30から提供情報I5を受ける場合とは異なり、現在の交通情報および天気予報情報等に応じてリアルタイムで更新された提供情報I5を受けることはできない。その一方で、車両10の通信状況(通信環境)にかかわらず車両10の重量に応じた振動強度を算出することが可能になる。そのため、たとえば通信モジュール150が故障していたとしても振動強度を算出することができる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 電池情報収集システム、10,20 車両、11 二次電池システム、100 ECU、101 CPU、102 メモリ、103 入出力バッファ、104 タイマ、110 組電池、111 セル、112 電池ケース、113 蓋体、114 正極端子、115 負極端子、116 電極体、117 正極、118 負極、119 セパレータ、120 監視装置、121 電圧センサ、122 電流センサ、123 温度センサ、130 冷却装置、140 ナビゲーション装置、141 GPS受信機、150 通信モジュール、160 車載ネットワーク、30 サーバ、300 演算装置、310 記憶装置、311 重量情報データベース、312 車速情報データベース、313 振動情報データベース、320 通信装置。
Claims (1)
- 車両に搭載される二次電池システムであって、
前記車両の位置情報を取得する位置情報取得部と、
リチウムイオンを含む電解液に含浸された電極体を有する二次電池と、
前記電極体の内部での前記リチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じる劣化であるハイレート劣化の進行を抑制するためのハイレート劣化抑制制御を実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記二次電池の温度およびSOCから前記ハイレート劣化の進行度合いを示す劣化指標値を算出し、
前記車両の走行予定経路の各地点について、予め設定された前記二次電池の振動強度を前記車両の位置情報を用いて取得し、
前記劣化指標値および前記振動強度を用いて、前記各地点における前記ハイレート劣化の進行しにくさを示す耐性値を算出し、
前記走行予定経路において前記耐性値が基準値未満になる地点に前記車両が到達する前に前記ハイレート劣化抑制制御の実行を開始する、二次電池システム。
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-
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