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JP-2026077188-A - 充電システムおよび車両

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Abstract

【課題】急速充電による単電池の劣化を抑制すること。 【解決手段】電池システムは、バッテリを充電するシステムであり、バッテリと、プロセッサとを備える。プロセッサは、急速充電時のバッテリへの総充電量を積算し（ステップＳ１１４）、総充電量が閾値以上となった場合にバッテリへの急速充電を制限する（ステップＳ１１５，ステップＳ１１６）。これにより、急速充電による総充電量が増加するとリチウム析出が発生し易くなるところ、総充電量が閾値以上となると急速充電が制限される。このため、リチウム析出を抑制することができる。その結果、急速充電による単電池の劣化を抑制することができる。 【選択図】図３

Inventors

  • 澤田 ちか

Assignees

  • トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (4)

  1. 二次電池の充電システムであって、 前記二次電池と、 プロセッサとを備え、 前記プロセッサは、 急速充電時の前記二次電池への総充電量を積算し、 前記総充電量が閾値以上となった場合に前記二次電池への急速充電を制限する、充電システム。
  2. 前記プロセッサは、 前記二次電池へ所定レートで急速充電するよう制御し、 前記総充電量が前記閾値以上となった場合、前記所定レートを制限値に変更することによって急速充電を制限する、請求項１に記載の充電システム。
  3. 前記閾値は、複数の段階の前記閾値を含み、 前記プロセッサは、前記総充電量がある段階の前記閾値以上となった場合、前記所定レートを当該段階に応じた制限値に変更する、請求項２に記載の充電システム。
  4. 二次電池の充電システムを備え、前記二次電池の電力で走行可能な車両であって、 前記充電システムは、 前記二次電池と、 プロセッサとを備え、 前記プロセッサは、 急速充電時の前記二次電池への総充電量を積算し、 前記総充電量が閾値以上となった場合に前記二次電池への急速充電を制限する、車両。

Description

この開示は、充電システムおよび車両に関し、特に、二次電池の充電システム、および、二次電池の充電システムを備え、二次電池の電力で走行可能な車両に関する。 従来、リチウムイオン電池の充電電流および温度に基づいて、リチウム析出電位を算出し、析出電位を下回る場合に負極を保護する制御を行うシステムがあった（たとえば、特許文献１参照）。 特開２０２０－０７７４６４号公報 この実施の形態に係る電池システム１０を搭載した電動車両１の全体構成図である。この実施の形態のバッテリの満充電容量の変化を示す図である。この実施の形態におけるＥＣＵによって実行される急速充電処理の流れを示すフローチャートである。この実施の形態の急速充電のレートの段階的な制限を説明するための図である。 図１は、この実施の形態に係る電池システム１０を搭載した電動車両１の全体構成図である。この実施の形態において、電動車両１は、たとえば、電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle)である。電動車両１は、回転電機であるモータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）２０と、動力伝達ギヤ２１と、駆動輪２２と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）４０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）５０と、バッテリ１００と、監視ユニット２００と、制御装置の一例である電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００とを備える。電池システム１０は、バッテリ１００と、監視ユニット２００と、ＥＣＵ３００とを含む。 ＭＧ２０は、たとえば埋込構造永久磁石同期電動機（ＩＰＭモータ）であって、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能を有する。ＭＧ２０の出力トルクは、減速機および差動装置等を含んで構成された動力伝達ギヤ２１を介して駆動輪２２に伝達される。 電動車両１の制動時には、駆動輪２２によりＭＧ２０が駆動され、ＭＧ２０が発電機として動作する。これにより、ＭＧ２０は、電動車両１の運動エネルギを電力に変換する回生制動を行う制動装置としても機能する。ＭＧ２０における回生制動力により生じた回生電力は、バッテリ１００に蓄えられる。 ＰＣＵ４０は、交流電力で動作するＭＧ２０と直流電力を蓄えるバッテリ１００との間で双方向に電力を変換する電力変換装置である。ＰＣＵ４０は、たとえば、ＥＣＵ３００からの制御信号に基づいて動作するインバータとコンバータとを含む。 コンバータは、バッテリ１００の放電時に、バッテリ１００から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。インバータは、コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換してＭＧ２０を駆動する。 一方、インバータは、バッテリ１００の充電時に、ＭＧ２０によって発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータに供給する。コンバータは、インバータから供給された電圧をバッテリ１００の充電に適した電圧に降圧してバッテリ１００に供給する。 ＳＭＲ５０は、バッテリ１００とＰＣＵ４０とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ５０がＥＣＵ３００からの制御信号に応じて閉成（ＯＮ）されている（すなわち、導通状態である）場合、バッテリ１００とＰＣＵ４０との間で電力の授受が行われ得る。一方、ＳＭＲ５０がＥＣＵ３００からの制御信号に応じて開放（ＯＦＦ）されている（すなわち、遮断状態である）場合、バッテリ１００とＰＣＵ４０との間の電気的な接続が遮断される。 バッテリ１００は、ＭＧ２０を駆動するための電力を蓄える。バッテリ１００は、再充電が可能な直流電源（二次電池）であり、複数（ｎ個）の単電池（電池セル）１０１が積層され、たとえば、電気的に直列に接続されて構成された組電池である。単電池１０１は、たとえば、リチウムイオン電池から構成されてよい。 監視ユニット２００は、電圧検出部２１０と、電流センサ２２０と、温度センサ２３０とを含む。電圧検出部２１０は、単電池１０１の電圧ＶＢ（単電池１０１の各々の端子間の電圧ＶＢ）を検出する。電流センサ２２０は、バッテリ１００（単電池１０１）に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ２３０は、単電池１０１の各々の温度ＴＢを検出する。各検出部は、その検出結果をＥＣＵ３００に出力する。 電動車両１は、ＤＣインレット６０を備えており、バッテリ１００は、充電設備である外部の直流（ＤＣ）電源から急速充電が可能とされている。ＤＣインレット６０は、外部ＤＣ電源（充電設備）４００の充電ケーブル４１０の先端に設けられたコネクタ４２０が接続可能に構成される。充電リレー７０は、ＤＣインレット６０とバッテリ１００とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー７０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて、ＤＣインレット６０とバッテリ１００との間での電力の供給と遮断とを切り替える。充電リレー７０が閉成されることにより、バッテリ１００の外部充電（急速充電）が実行される。 電動車両１は、ＡＣインレット８０を備えており、バッテリ１００は、充電設備である外部の交流（ＡＣ）電源から普通充電が可能とされている。ＡＣインレット８０は、外部ＡＣ電源（充電設備）５００の充電ケーブル５１０の先端に設けられたコネクタ５２０が接続可能に構成される。ＡＣインレット８０とバッテリ１００の間の電力線には、車載充電器１３０が設けられており、外部ＡＣ電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、バッテリ１００を充電可能な電圧に変換する。充電リレー９０は、車載充電器１３０とバッテリ１００とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー９０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて、車載充電器１３０とバッテリ１００との間での電力の供給と遮断とを切り替える。充電リレー９０が閉成されることにより、バッテリ１００の外部充電（普通充電）が実行される。 ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、メモリ（たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む）３０２とを含む。ＥＣＵ３００は、監視ユニット２００から受ける信号、図示しない各種センサからの信号（たとえば、アクセル開度信号、車速信号、等）、メモリ３０２に記憶されたマップおよびプログラム等の情報に基づいて、電動車両１が所望の状態となるように各機器を制御する。 従来、リチウムイオン電池の充電電流および温度に基づいて、リチウム析出電位を算出し、析出電位を下回る場合に負極を保護する制御を行うシステムがあった。図２は、この実施の形態のバッテリ１００の満充電容量の変化を示す図である。図２を参照して、グラフの横軸は、使用年数の平方根であり、縦軸は、満充電容量（単位：Ａｈ）である。グラフで示されるように、一般的に、バッテリ１００において、使用年数の経過とともに、満充電容量が単調減少する。つまり、使用開始時の満充電容量に対するある時点における満充電容量の比率である容量維持率は、使用年数の経過とともに減少する。使用年数の経過により急速充電の回数が増えると、電池セルの劣化に伴い、正極電位が上昇し、リチウム析出が発生し易くなる。 そこで、電池システム１０のＥＣＵ３００のＣＰＵ３０１は、急速充電時のバッテリ１００への総充電量を積算し、総充電量が閾値以上となった場合にバッテリ１００への急速充電を制限する。 これにより、急速充電による総充電量が増加するとリチウム析出が発生し易くなるところ、総充電量が閾値以上となると急速充電が制限される。このため、リチウム析出を抑制することができる。その結果、急速充電による単電池１０１の劣化を抑制することができる。 図３は、この実施の形態におけるＥＣＵ３００によって実行される急速充電処理の流れを示すフローチャートである。図３を参照して、この急速充電処理は、ＥＣＵ３００のＣＰＵ３０１によって上位の処理から所定周期ごとに呼出されて実行される。 ＥＣＵ３００のＣＰＵ３０１は、急速充電のコネクタ４２０がＤＣインレット６０に接続されたか否かを判断する（ステップＳ１１１）。急速充電のコネクタ４２０が接続された（ステップＳ１１１でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ３０１は、急速充電の開始条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。 急速充電の開始条件が成立した（ステップＳ１１２でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ３０１は、温度センサ２３０の検出結果から現在のバッテリ１００の単電池１０１の各々の温度ＴＢを特定し、外部ＤＣ電源（充電設備）４００と協調して、現在の温度ＴＢで温度補正した所定レートで急速充電を開始する（ステップＳ１１３）。所定レートとは、バッテリ１００を急速充電するときの充電の速さを示す値であり、たとえば、Ｃレートである。Ｃレートは、バッテリ１００を１時間で満充電まで充電する電流の大きさを１Ｃと定義した、充電の速さを示す値である。ＣＰＵ３０１は、急速充電中に総充電量の値を積算する（ステップＳ１１４）。総充電量は、バッテリ１００の使用開始時からの急速充電時の充電量を積算したものである。 ステップＳ１１４の後、ＥＣＵ３００のＣＰＵ３０１は、総充電量が各段階の閾値に到達したか否かを判断する（ステップＳ１１５）。 図４は、この実施の形態の急速充電のレートの段階的な制限を説明するための図である。図４を参照して、グラフの横軸は、劣化程度であり、上のグラフの縦軸は、総充電量であり、下のグラフの縦軸は、充電電力である。劣化程度は、バッテリ１００の劣化の程度を示し、この実施の形態においては、劣化程度＝１－容量維持率とする。 上のグラフのグラフＬ１は、バッテリ１００を用いて一般的なユーザが平均的な割合で急速充電および普通充電ならびに平均的な出力で放電を繰返した場合の劣化程度と総充電量との平均的な関係を示し、グラフＬ２は、総充電量に対して劣化程度が上振れした場合の劣化程度と総充電量との関係を示し、グラフＬ３は、総充電量に対して劣化程度が下振れした場合の劣化程度と総充電量との関係を示す。 総充電量の閾値については、複数の段階の閾値が予め定められる。この実施の形態においては、閾値は、Ｓ1およびＳ2である。上のグラフで示されるように、閾値Ｓ1，Ｓ2には、それぞれ、劣化程度Ｄ1，Ｄ2が対応する。 図３に戻って、総充電量が各段階の閾値に到達した（ステップＳ１１５でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ３００のＣＰＵ３０１は、急速充電の所定レートを、到達した段階に応じた制限値に変更する（ステップＳ１１６）。 図４に進んで、この実施の形態においては、閾値が１段階目のＳ1に到達すると、急速充電の所定レートをＣ1から制限値Ｃ2に変更する。また、閾値が２段階目のＳ2に到達すると、急速充電の所定レートをＣ2から制限値Ｃ3に変更する。これにより、リチウムの析出を防止できる。 図３に戻って、急速充電のコネクタ４２０が接続されていない（ステップＳ１１１でＮＯ）と判断した場合、急速充電の開始条件が成立していない（ステップＳ１１２でＮＯ）と判断した場合、総充電量が各段階の閾値に到達していない（ステップＳ１１５でＮＯ）と判断した場合、または、ステップＳ１１６の後、ＥＣＵ３００のＣＰＵ３０１は、実行する処理をこの急速充電処理の呼出元の上位の処理に戻す。 ［変形例］ （１） 前述した実施の形態においては、図４で示したように、総充電量が複数段階の閾値に到達した場合に急速充電の所定レートを閾値に応じた制限値に制限するようにした。しかし、これに限定されず、閾値は、複数段階ではなく、１段階であることとしてもよい。 （２） 前述した実施の形態においては、図３のステップＳ１１４で示したように、総充電量は、急速充電の充電量のみを積算した値であることとした。しかし、