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CN107344504A - 汽车 - Google Patents

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CN107344504A
CN107344504A CN201710261385.0A CN201710261385A CN107344504A CN 107344504 A CN107344504 A CN 107344504A CN 201710261385 A CN201710261385 A CN 201710261385A CN 107344504 A CN107344504 A CN 107344504A
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Abstract

本发明提供汽车。汽车搭载锂离子电容器、至少与锂离子电容器进行电力的授受的电负载以及控制装置。在通过充电电流值比放电电流值大的充电过多模式对锂离子电容器进行充放电所引起的锂离子电容器的劣化的程度达到了规定程度以上时，控制装置以通过放电电流值比充电电流值大的放电过多模式对锂离子电容器进行充放电的方式进行控制。

Description

汽车
技术领域
本发明涉及汽车，详细而言，涉及搭载锂离子电容器的汽车。
背景技术
以往，作为这种锂离子电容器，提出了具备正极、含有能够吸藏和放出锂离子的负极活性物质的负极以及包含锂盐的非水电解液的电容器(例如，参照专利文献1)。在该锂离子电容器中，认为在低温或高温下工作时的放电容量高，安全性优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-173201号公报
发明内容
发明要解决的问题
对于锂离子电容器，与锂离子蓄电池同样地认识到了因充放电而导致内部电阻增加这一劣化。在锂离子蓄电池中，可认为，当进行基于大的电流值的充电或放电时，会在电池内部的电解液中产生面内方向的盐浓度的不均，从而使内部电阻增加。已知，这样的劣化能够尽早通过进行一定程度的放置或基于低电流的充放电而恢复。对于锂离子电容器而言，由于构造与锂离子蓄电池不同，所以不能进行与锂离子蓄电池同样的劣化恢复。
本发明的汽车的主要目的在于恢复锂离子电容器的劣化而充分地使用其性能。
用于解决问题的手段
本发明的汽车为了达成上述主要目的而采用了以下手段。
本发明的汽车是搭载锂离子电容器、至少与所述锂离子电容器进行电力的授受的电负载以及控制装置的汽车，其特征在于，
在通过充电过多模式对所述锂离子电容器进行充放电所引起的所述锂离子电容器的劣化的程度达到了规定程度以上时，所述控制装置以通过放电过多模式对所述锂离子电容器进行充放电的方式进行控制，所述充电过多模式是充电电流值比放电电流值大的模式，所述放电过多模式是放电电流值比充电电流值大的模式。
本发明的发明人认识到了，当通过充电电流值比放电电流值大的充电过多模式对锂离子电容器进行充放电时，锂离子电容器的内部电阻会增加而引起劣化。另外，本发明的发明人认识到了，在通过基于充电过多模式的充放电而导致了锂离子电容器的内部电阻增加时，若通过放电电流值比充电电流值大的放电过多模式对锂离子电容器进行充放电，则锂离子电容器的内部电阻会减少，从而劣化会恢复。根据这样的认知，在通过充电过多模式对锂离子电容器进行充放电所引起的锂离子电容器的劣化的程度达到了规定程度以上时，通过利用放电过多模式对锂离子电容器进行充放电，能够恢复锂离子电容器的劣化。在恢复了劣化以后，能够充分地发挥并使用锂离子电容器的性能。其结果，能够恢复锂离子电容器的劣化，充分地使用其性能。
此处，“锂离子电容器的劣化的程度”能够通过对如下参数进行累计而得到的劣化指标等来表示，该参数与从锂离子电容器的蓄电比例为规定比例(例如50％)以下的状态起的充电电流值成比例并且随着时间而衰减。
在本发明的汽车中，可以是，针对要求电力，以通过所述放电过多模式对所述锂离子电容器进行充放电的方式来调整所述锂离子电容器的充放电电力和所述至少一个蓄电池的充放电电力的比例。这样一来，能够不对电负载的驱动造成影响地恢复锂离子电容器的劣化。
在本发明的汽车中，可以是，在所述劣化的程度大时，与所述劣化的程度小时相比，所述控制装置以使所述锂离子电容器的蓄电比例为规定比例以下的状态下的所述锂离子电容器的充电受到限制的方式进行控制。这样一来，能够抑制锂离子电容器的劣化的促进。另外，通过这样的限制，充放电的模式容易成为放电过多模式，所以会产生在劣化的程度达到规定程度以上之前劣化就恢复的情况。其结果，能够进一步发挥锂离子电容器的性能。此处，作为“规定比例”，能够使用例如50％、40％等。
附图说明
图1是示出作为本发明的一实施例的电动汽车20的结构的概略的结构图。
图2是示意性地示出充放电模式的说明图。
图3是示出充放电模式和放电电阻增加率之间的关系的一例的说明图。
图4是示出由电子控制单元70执行的可逆劣化恢复处理的一例的流程图。
图5是示出修正系数设定用映射的一例的说明图。
图6是示出锂离子电容器50的充电开始时的蓄电比例SOC(c)、电容器电流Ic以及放电电阻增加率之间的关系的一例的图表。
具体实施方式
接着，使用实施例来对用于实施本发明的方式进行说明。
实施例
图1是示出作为本发明的一实施例的电动汽车20的结构的概略的结构图。如图所示，实施例的电动汽车20具备行驶用的电动机22、用于驱动电动机22的变换器24、蓄电池40、第一升压转换器42、锂离子电容器50、第二升压转换器52以及电子控制单元70。
电动机22例如构成为具有埋入有永磁体的转子和卷绕有三相线圈的定子的同步发电电动机。电动机22的转子连接于驱动轴36，该驱动轴36经由差速齿轮37连结于驱动轮38a、38b。
变换器24连接于驱动侧电力线26和电动机22的三相线圈(U相、V相、W相)，将驱动侧电力线26的直流电力变换为三相交流电力并向电动机22施加。变换器24构成为具有六个晶体管和六个二极管的周知的变换器电路。此外，在驱动侧电力线26安装有平滑电容27。
蓄电池40例如构成为锂离子二次电池或镍氢二次电池，连接于电池侧电力线46。第一升压转换器42连接于与蓄电池40连接的电池侧电力线46和与变换器24连接的驱动侧电力线26。该第一升压转换器42构成为具有两个晶体管、两个二极管以及电抗器的周知的升压转换器。第一升压转换器42将电池侧电力线46的电力升压并向驱动侧电力线26供给，或者将驱动侧电力线26的电力降压并向电池侧电力线46供给。此外，在电池侧电力线46安装有平滑电容47。
锂离子电容器50例如构成为具有正极、含有能够吸藏和放出锂离子的负极活性物质的负极以及包含锂盐的非水电解液的周知的锂离子电容器。第二升压转换器52连接于与锂离子电容器50连接的电容器侧电力线56和与变换器24连接的驱动侧电力线26。该第二升压转换器52构成为具有两个晶体管、两个二极管以及电抗器的周知的升压转换器。第二升压转换器52将电容器侧电力线56的电力升压并向驱动侧电力线26供给，或者将驱动侧电力线26的电力降压并向电容器侧电力线56供给。
虽然未图示，但电子控制单元70构成为以CPU为中心的微处理器，除了CPU之外还具备存储处理程序的ROM、暂时存储数据的RAM以及输入输出端口。经由输入端口向电子控制单元70输入来自各种传感器的信号，例如来自检测电动机22的转子的旋转位置的未图示的旋转位置传感器的旋转位置、来自安装于电动机22的三相(U相、V相、W相)的未图示的电流传感器的相电流等。另外，经由输入端口向电子控制单元70输入来自点火开关80的点火信号、来自检测换挡杆81的操作位置的挡位传感器82的挡位SP等。而且，经由输入端口向电子控制单元70输入来自检测加速器踏板83的踩踏量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自检测制动器踏板85的踩踏量的制动器踏板位置传感器86的制动器踏板位置BP、来自车速传感器88的车速V等。另外，还经由输入端口向电子控制单元70输入来自安装于驱动侧电力线26的电压传感器28的驱动侧电压VH、来自安装于电池侧电力线46的电压传感器48的电池侧电压VB、来自安装于电容器侧电力线56的电压传感器58的电容器侧电压VC、来自安装于电池侧电力线46的电流传感器49的电池电流Ib、来自安装于电容器侧电力线56的电流传感器59的电容器电流Ic等。经由输出端口从电子控制单元70输出对于变换器24的六个晶体管的开关控制信号、对于第一升压转换器42的两个晶体管的开关控制信号、对于第二升压转换器52的两个晶体管的开关控制信号等。
电子控制单元70基于电动机22的转子的旋转位置来运算电动机22的转速Nm。另外，电子控制单元70基于来自电流传感器49的电池电流Ib的累积值来运算蓄电池40的蓄电比例SOC(b)，基于来自电流传感器59的电容器电流Ic的累积值来运算锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)。另外，电子控制单元70基于蓄电比例SOC(b)和电池温度来运算作为能够从蓄电池40充放电的电力的容许最大值的输入输出限制Win(b)、Wout(b)，基于蓄电比例SOC(c)和电容器温度来运算作为能够从锂离子电容器50充放电的电力的容许最大值的输入输出限制Win(c)、Wout(c)。
电子控制单元70也进行基于驾驶者的加速器踏板83的踩踏量来驱动电动机22的驱动控制。在驱动控制中，首先基于由加速器踏板位置传感器84检测的加速器踏板83的踩踏量(加速器开度Acc)和由车速传感器88检测的车速V来设定对驱动轴36要求的要求功率Pd*。接着，基于蓄电池40的蓄电比例SOC(b)和锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)来确定要求功率Pd*中的分配给蓄电池40的电力和分配给锂离子电容器50的电力之比(分配比)k1、k2(k2＝1-k1)。然后，以在锂离子电容器50的输入输出限制Win(c)、Wout(c)的范围内从锂离子电容器50输出(输入)将要求功率Pd*乘以分配比k2而得到的电力(k2·Pd*)的方式控制第二升压转换器52，并且以从蓄电池40输出(输入)从要求功率Pd*减去从锂离子电容器50输入输出的电力而得到的电力的方式控制第一升压转换器42。在进行这样的第一、第二升压转换器42、52的控制的同时，以从电动机22输出将要求功率Pd*除以电动机转速Nm而得到的要求转矩Tm*的方式控制变换器24。
接着，对这样构成的实施例的电动汽车20的动作、尤其是针对锂离子电容器50的可逆劣化的动作进行说明。已经认识到了，锂离子电容器50在通过充电电流值比放电电流值大的充电过多模式进行充放电时，内部电阻会增加。另一方面，已经认识到了，若在这样的内部电阻增加了的状态下通过放电电流值比充电电流值大的放电过多模式对锂离子电容器50进行充放电，则内部电阻会减少。在图2中示意性地示出充放电模式，在图3中示出充放电模式与放电电阻增加率之间的关系的一例。如图2所示，充电过多模式是反复进行基于大的充电电流值的急速充电和基于小的放电电流值的缓慢放电的模式，放电过多模式是反复进行基于小的充电电流值的缓慢充电和基于大的放电电流值的急速放电的模式。此外，实际的充放电模式并不是能够这样示意性地示出的模式，所以充电过多模式和放电过多模式混合存在，根据驾驶者的使用状况的不同而充电过多模式较多或放电过多模式较多。图3的充电过多(a)是基于中等程度的充电电流值的充电过多模式，充电过多(b)是基于大的充电电流值的充电过多模式。放电过多(a)是基于中等程度的放电电流值的放电过多模式，放电过多(b)是基于大的放电电流值的放电过多模式。如图3所示，在充电过多模式下，与放电过多模式相比，放电电阻增加率较大，且充电电流值越大则放电电阻增加率越大。由此，锂离子电容器50在通过充电过多模式进行充放电时促进劣化，在通过放电过多模式进行充放电时劣化恢复。因而，在本说明书中将基于这样的现象的劣化称作“可逆劣化”。在实施例的电动汽车20中，为了更充分地发挥并使用锂离子电容器50的性能，而由电子控制单元70执行图4所例示的可逆劣化恢复处理。以下，对该可逆劣化恢复处理进行说明。
当执行可逆劣化恢复处理时，电子控制单元70首先输入锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)和电容器电流Ic(步骤S100)，判定是否为蓄电比例SOC(c)小于阈值Sref的锂离子电容器50的充电(步骤S110)。阈值Sref能够使用通过基于充电过多模式的充放电会确认到可逆劣化的充电开始SOC的上限值或其附近的值(例如50％、40％)。在为蓄电比例SOC(c)小于阈值Sref的锂离子电容器50的充电时，通过下式(1)来计算表示可逆劣化的程度的D值(步骤S120)。在式(1)中，D(N)、D(0)是D值，α(N)、α(k)是忘却系数，β是电流系数，c0是界限阈值，Δt是微小时间。忘却系数α(N)、α(k)和电流系数β根据锂离子电容器50的材料而确定，界限阈值c0根据残存容量、温度而确定。由式(1)可知，D值成为与电容器电流Ic成比例的项的累积值，随着时间的经过而衰减。另一方面，在蓄电比例SOC(c)为阈值Sref以上时，或者虽然蓄电比例SOC(c)小于阈值Sref但为锂离子电容器50的放电时，向此时的D值乘以忘却系数α来计算新的D值(步骤S130)。由此，在为蓄电比例SOC(c)小于阈值Sref的锂离子电容器50的充电时，充电电流值(电容器电流Ic)越大则D值越大，在蓄电比例SOC(c)为阈值Sref以上时或为锂离子电容器50的放电时，D值衰减。因此，可认为D值成为大的值时是充电过多模式多时。
接着，将基于D值求出的修正系数f(D(N))乘以锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)为50％以下的区域的输入限制Win(c)来重新设定蓄电比例SOC(c)为50％以下的区域的输入限制Win(c)(步骤S140)。修正系数f(D(N))例如可以如图5的修正系数设定用映射所例示那样，以在D值比值D1大时从值1起减小且在值D2处成为值0的方式设定。这样进一步对锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)为50％以下的区域的输入限制Win(c)进行限制是因为，当从蓄电比例SOC(c)为50％以下的状态起对锂离子电容器50进行充电时，锂离子电容器50的内部电阻会增加，会促进可逆劣化，所以要对此进行抑制。图6是示出锂离子电容器50的充电开始时的蓄电比例SOC(c)、电容器电流Ic以及放电电阻增加率之间的关系的一例的图表。如图所示，锂离子电容器50的充电开始时的蓄电比例SOC(c)越小，则放电电阻增加率越大，电容器电流Ic越大，则放电电阻增加率越大。因而，通过进一步对锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)为50％以下的区域的输入限制Win(c)进行限制，能够抑制可逆劣化的促进。
接着，判定D值是否为阈值Dref以上(步骤S150)。阈值Dref能够作为通过进行基于放电过多模式的充放电而锂离子电容器50的可逆劣化会恢复的程度的D值，而通过实验等确定。在D值小于阈值Dref时，判断为还不需要谋求可逆劣化的恢复，而结束本处理。另一方面，在D值为阈值Dref以上时，充电过多模式多，因而促进了可逆劣化，所以认为需要谋求其恢复，以使锂离子电容器50进行基于放电过多模式的充放电的方式进行设定(步骤S160)，而结束本处理。锂离子电容器50的放电过多模式的充放电具体能够如以下那样进行。在通过要求功率Pd*而从锂离子电容器50放电时，以在锂离子电容器50的蓄电比例SOC(c)达到规定值(例如30％、40％)之前从锂离子电容器50放出进一步以输出限制Wout(c)对要求功率Pd*进行了限制的功率并且从蓄电池40放出剩余的功率的方式调整分配比k1、k2，使用该调整后的分配比k1、k2来进行驱动控制。另一方面，在通过要求功率Pd*而对锂离子电容器50进行充电时，以利用预先设定的小的充电电流值和输入限制Win(c)中较小的一方对锂离子电容器50进行充电并且利用剩余的功率对蓄电池40进行充电的方式调整分配比k1、k2，使用该调整后的分配比k1、k2来进行驱动控制。通过这样的驱动控制，来通过放电过多模式对锂离子电容器50进行充放电，使可逆劣化恢复。
在以上说明的实施例的电动汽车20中，在通过充电过多模式对锂离子电容器50进行了充放电从而表示锂离子电容器50的可逆劣化的程度的D值达到了阈值Dref以上时，通过放电过多模式对锂离子电容器50进行充放电。由此，能够恢复锂离子电容器50的可逆劣化。其结果，能够充分使用锂离子电容器50的性能。而且，将在D值为值D1以上时D值越大则变得越小的修正系数f(D(N))乘以蓄电比例SOC(c)为50％以下的锂离子电容器50的输入限制Win(c)而对输入限制Win(c)进一步进行限制。由此，能够抑制锂离子电容器50的可逆劣化的促进。另外，通过对蓄电比例SOC(c)为50％以下的锂离子电容器50的输入限制Win(c)进一步进行限制，不容易产生充电过多模式并且容易产生放电过多模式，所以会产生在D值达到阈值Dref之前就恢复可逆劣化的情况。其结果，能够进一步发挥锂离子电容器50的性能。
在实施例的电动汽车20中，将基于D值的修正系数f(D(N))乘以蓄电比例SOC(c)为50％以下的锂离子电容器50的输入限制Win(c)而对输入限制Win(c)进一步进行了限制。但是，也可以不对蓄电比例SOC(c)为50％以下的锂离子电容器50的输入限制Win(c)进行进一步的限制。
在实施例的电动汽车20中，搭载了蓄电池40和锂离子电容器50，但也可以搭载两个以上的蓄电池和锂离子电容器。
在实施例的电动汽车20中，通过蓄电池40和锂离子电容器50来提供电动机22的驱动电力，但来自锂离子电容器50的电力也可以向电动机22以外的电负载供给。
在实施例的电动汽车20中，将蓄电池40和锂离子电容器50连接于同一电力系统，但也可以分别将其连接于分开的独立的电力系统。在该情况下也同样能够在表示锂离子电容器的基于充电过多模式的可逆劣化的程度的D值达到了阈值Dref以上时，通过放电过多模式对锂离子电容器进行充放电从而恢复可逆劣化。
在实施例的电动汽车20中，通过电动机22的输入输出电力来对锂离子电容器50进行充放电，但也可以为了向电动机以外的电负载进行电力供给而从锂离子电容器放电，还可以通过来自电动机以外的电气设备的电力对锂离子电容器进行充电。
在实施例中，将锂离子电容器50搭载于电动汽车，但也可以搭载于不进行电动机行驶的汽车。
对实施例的主要要素和用于解决问题的手段一栏中记载的发明的主要要素之间的对应关系进行说明。在实施例中，锂离子电容器50相当于“锂离子电容器”，电动机22相当于“电负载”，第一升压转换器42、第二升压转换器52以及电子控制单元70相当于“控制装置”。
此外，由于实施例是用于具体说明用于实施用于解决问题的手段一栏中记载的发明的方式的一例，所以实施例的主要要素和用于解决问题的手段一栏中记载的发明的主要要素之间的对应关系并不对用于解决问题的手段一栏中记载的发明的要素进行限定。即，对于用于解决问题的手段一栏中记载的发明的解释应该基于该栏的记载而进行，实施例只不过是用于解决问题的手段一栏中记载的发明的具体一例。
以上，虽然使用实施例对用于实施本发明的方式进行了说明，但本发明完全不限定于这样的实施例，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内以各种各样的方式来实施。
产业上的可利用性
本发明能够在汽车的制造产业等中加以利用。

Claims (3)

1.一种汽车，搭载锂离子电容器、至少与所述锂离子电容器进行电力的授受的电负载以及控制装置，其特征在于，
在通过充电过多模式对所述锂离子电容器进行充放电所引起的所述锂离子电容器的劣化的程度达到了规定程度以上时，所述控制装置以通过放电过多模式对所述锂离子电容器进行充放电的方式进行控制，所述充电过多模式是充电电流值比放电电流值大的模式，所述放电过多模式是放电电流值比充电电流值大的模式。
2.根据权利要求1所述的汽车，其中，
具备能够与所述电负载进行电力的授受的至少一个蓄电池，
在所述劣化的程度达到了所述规定程度以上时，所述控制装置针对要求电力，以通过所述放电过多模式对所述锂离子电容器进行充放电的方式来调整所述锂离子电容器的充放电电力和所述至少一个蓄电池的充放电电力的比例。
3.根据权利要求1或2所述的汽车，其中，
在所述劣化的程度大时，与所述劣化的程度小时相比，所述控制装置以使所述锂离子电容器的蓄电比例为规定比例以下的状态下的所述锂离子电容器的充电受到限制的方式进行控制。
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