JP2016091978A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 アルカリ二次電池の正極電位は、ＳＯＣやメモリ効果の影響を受けるため、正極電位を推定することは困難である。
【解決手段】 所定のＳＯＣの範囲内で一定である負極開放電位と、温度から特定されるアルカリ二次電池の負極の抵抗値と、電流値とに基づいて、アルカリ二次電池の負極電位を算出し、負極電位および電圧値に基づいて、アルカリ二次電池の正極電位を算出する。正極電位が閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させる。負極電位を算出した上で、負極電位および電圧値に基づいて正極電位を算出することにより、アルカリ二次電池にメモリ効果が発生しているときでも、メモリ効果の影響を受けた正極電位を把握することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アルカリ二次電池の正極電位に基づいて、アルカリ二次電池の放電を制御する電池システムに関する。

特許文献１では、参照電極を用いて正極電位を測定し、この正極電位が閾値電位よりも低いとき、単電池の出力（放電）を許容することができる上限電力を低下させることにより、正極における副反応（正極の構造や結晶性の変化）の発生を抑制している。また、特許文献１には、電池モデル式を用いることにより、正極電位を推定することが記載されている。

国際公開第２０１３／１０５１４０号パンフレット（段落［００４９］〜［００５３］、図４等） 特開２０１３−１７１６９１号公報

特許文献１のように、参照電極を用いれば、正極電位を測定することができるが、参照電極を省略したときには、正極電位を測定することができない。

一方、特許文献１に記載されているように、電池モデル式を用いれば、参照電極を用いずに、正極電位を推定することができる。ここで、アルカリ二次電池ではメモリ効果が発生し、アルカリ二次電池の正極電位は、二次電池のＳＯＣ（State of Charge）やメモリ効果に依存する。すなわち、アルカリ二次電池のＳＯＣが同じであっても、メモリ効果によって、アルカリ二次電池の電圧値や正極電位が変化してしまう。

特許文献１に記載の電池モデル式では、アルカリ二次電池のメモリ効果を考慮していないため、アルカリ二次電池の正極電位を推定する上では、改善の余地がある。

本発明の電池システムは、所定のＳＯＣの範囲内で負極開放電位が一定であるアルカリ二次電池と、アルカリ二次電池の温度を検出する温度センサと、アルカリ二次電池の電流値を検出する電流センサと、アルカリ二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、アルカリ二次電池の放電を許容する上限電力値を設定するコントローラと、を有する。コントローラは、負極開放電位と、温度から特定されるアルカリ二次電池の負極の抵抗値と、電流値とに基づいて、アルカリ二次電池の負極電位を算出し、負極電位および電圧値に基づいて、アルカリ二次電池の正極電位を算出する。そして、コントローラは、正極電位が閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させる。

本発明によれば、負極電位を算出した上で、負極電位および電圧値に基づいて、正極電位を算出している。電圧値および正極電位がメモリ効果の影響を受けるため、電圧値および負極電位から正極電位を算出すれば、メモリ効果の影響を受けた正極電位を把握することができる。

ここで、アルカリ二次電池の分極が発生しにくいとき、分極に伴う負極電位の変化が発生しにくいため、負極開放電位、電流値および負極の抵抗値に基づいて、負極電位を算出することができる。ここで、負極開放電位は、アルカリ二次電池のＳＯＣに関わらず一定であるため、アルカリ二次電池のＳＯＣを考慮せずに、負極電位を算出できる。

正極電位が閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させることにより、アルカリ二次電池の放電を制限しやすくし、アルカリ二次電池の正極の劣化を抑制することができる。正極の劣化としては、例えば、正極に含まれる導電材の溶出があり、閾値は、正極の劣化を考慮して設定される。

コントローラは、正極電位および電流値に基づいて、アルカリ二次電池の正極の劣化を規定するダメージ量を算出するとともに、ダメージ量を積算したダメージ積算量を算出する。そして、コントローラは、ダメージ積算量が増加するほど、閾値が低下するように、ダメージ積算量に応じて閾値を変更する。正極電位がダメージ積算量に応じた閾値以下であるとき、コントローラは、上限電力値を基準電力値よりも低下させることができる。ここで、正極電位がダメージ積算量に応じた閾値以下となるまでは、上限電力値が基準電力値に維持される。

正極電位がダメージ積算量に応じた閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させることにより、アルカリ二次電池の放電を制限しやすくし、アルカリ二次電池の正極の劣化を抑制することができる。また、ダメージ積算量が増加したとき、正極の劣化が進行しており、アルカリ二次電池の出力が不十分となるおそれがある。そこで、正極電位がダメージ積算量に応じた閾値以下となるまで、上限電力値を基準電力値に維持することにより、アルカリ二次電池の出力を確保しやすくなる。

閾値は、予め設定された第１閾値と、ダメージ積算量に応じた第２閾値とを含む。ここで、アルカリ二次電池を負荷と接続してから、アルカリ二次電池および負荷の接続を遮断するまでの間において、コントローラは、正極電位が第２閾値以下となるまで、上限電力値を基準電力値に設定し、正極電位が第２閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させる。このように、上限電力値を基準電力値よりも低下させた後、コントローラは、正極電位が第１閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させる。

正極電位が第２閾値以下となるまで、上限電力値を基準電力値に設定することにより、上述したように、アルカリ二次電池の出力を確保しやすくなる。また、正極電位が第２閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させることにより、上述したように、アルカリ二次電池の正極の劣化を抑制することができる。さらに、上限電力値を基準電力値よりも低下させた後では、正極電位が第１閾値以下であるとき、上限電力値を基準電力値よりも低下させることにより、正極の劣化の抑制を優先させることができる。

電池システムの構成を示す図である。 実施例１において、放電電力許容値を設定する処理を示すフローチャートである。 二次電池のＳＯＣおよび負極開放電位の関係を示す図である。 二次電池を放電したときにおいて、負極電位の変化を示す図である。 二次電池を放電したときにおいて、負極電位の変化を示す図である。 正極活物質層における導電材の溶出を説明する図である。 放電時の基準電力値および電池温度の対応関係を示す図である。 放電時の基準電力値およびＳＯＣの対応関係を示す図である。 実施例２において、放電電力許容値を設定する処理を示すフローチャートである。 正極電位およびダメージ量の対応関係を示す図である。 ダメージ積算量および閾値の対応関係を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１である電池システムについて、図１を用いて説明する。二次電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して負荷２０に接続されている。二次電池１０としては、ニッケル水素電池といったアルカリ二次電池が用いられる。アルカリ二次電池では、メモリ効果が発生することが知られている。

二次電池１０は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとを有する。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有し、正極活物質層は、正極活物質や導電材を含んでいる。負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有し、負極活物質層は、負極活物質や導電材を含んでいる。正極活物質層、負極活物質層およびセパレータには、電解液が染み込んでいる。

正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられ、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。

負荷２０は、二次電池１０の放電電力を受けて動作したり、二次電池１０に電力（充電電力）を供給したりする。本実施例の電池システムを車両に搭載したとき、負荷２０としては、モータ・ジェネレータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、二次電池１０の放電電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。また、モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電力に変換し、この電力（回生電力）を二次電池１０に出力することができる。

なお、二次電池１０を車両に搭載するときには、複数の二次電池１０を直列に接続することによって構成された組電池を車両に搭載することができる。ここで、組電池には、並列に接続された複数の二次電池１０が含まれていてもよい。組電池は、直列に接続された複数の電池ブロックによって構成されることがある。ここで、各電池ブロックは、直列に接続された複数の二次電池（単電池）１０によって構成される。

電圧センサ３１は、二次電池１０の電圧値Ｖｂを検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。上述した組電池を用いるとき、電圧センサ３１は、上述した電池ブロックの電圧値を検出することがある。この場合には、電池ブロックの電圧値を、電池ブロックを構成する二次電池１０の数で除算することにより、二次電池１０の電圧値を算出することができる。

電流センサ３２は、二次電池１０の電流値Ｉｂを検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。本実施例において、二次電池１０を放電しているときの電流値Ｉｂを正の値とし、二次電池１０を充電しているときの電流値Ｉｂを負の値とする。温度センサ３３は、二次電池１０の温度（電池温度という）Ｔｂを検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。コントローラ４０はメモリ４１を有しており、メモリ４１には所定の情報が記憶されている。

次に、本実施例の電池システムにおいて、放電電力許容値Ｗｏｕｔを設定する処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンにしたとき、所定の周期で実行される。

放電電力許容値Ｗｏｕｔとは、二次電池１０の放電を許容する上限の電力値である。二次電池１０を放電するとき、コントローラ４０は、二次電池１０の放電電力値が放電電力許容値Ｗｏｕｔよりも高くならないように、二次電池１０の放電を制御する。これにより、放電電力許容値Ｗｏｕｔ以下の範囲内において、二次電池１０の放電電力値が変化する。

ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、電圧センサ３１、電流センサ３２および温度センサ３３を用いて、電圧値Ｖｂ、電流値Ｉｂおよび電池温度Ｔｂを検出する。ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、二次電池１０の負極電位Ｅｎを算出する。具体的には、コントローラ４０は、下記式（１）に基づいて、負極電位Ｅｎを算出する。

上記式（１）において、ＯＣＶ＿ｎは負極の開放電位を示し、Ｒは負極の抵抗値を示す。開放電位ＯＣＶ＿ｎは、二次電池１０における所定のＳＯＣの範囲内において一定であり、言い換えれば、二次電池１０のＳＯＣに関わらず一定である。所定のＳＯＣの範囲とは、二次電池１０の充放電を制御するときに、二次電池１０のＳＯＣが取り得る範囲である。このため、開放電位ＯＣＶ＿ｎは、予め求めておくことができる。

抵抗値Ｒは、電池温度Ｔｂに依存するため、抵抗値Ｒおよび電池温度Ｔｂの対応関係（マップ又は演算式）を予め求めておくことができる。この対応関係を用いれば、電池温度Ｔｂを検出することにより、この電池温度Ｔｂに対応した抵抗値Ｒを特定することができる。

開放電位ＯＣＶ＿ｎや、抵抗値Ｒおよび電池温度Ｔｂの対応関係は、メモリ４１に記憶しておくことができる。予め求められた開放電位ＯＣＶ＿ｎと、ステップＳ１０１の処理で検出された電池温度Ｔｂに対応する抵抗値Ｒと、ステップＳ１０１の処理で検出された電流値Ｉｂとを上記式（１）に代入すれば、負極電位Ｅｎを算出することができる。

図３に示すように、負極の開放電位ＯＣＶ＿ｎは、０［Ｖ］よりも低く、二次電池１０のＳＯＣに関わらず一定である。図３において、横軸は二次電池１０のＳＯＣであり、縦軸は負極電位Ｅｎである。

二次電池１０を放電したとき、負極電位Ｅｎは、図４に示すように、開放電位ＯＣＶ＿ｎよりも高くなる。図４において、横軸は時間であり、縦軸は負極電位Ｅｎである。ここで、放電中の負極電位Ｅｎおよび開放電位ＯＣＶ＿ｎの差が、二次電池１０の通電に伴う負極電位Ｅｎの変化量であり、電流値Ｉｂおよび抵抗値Ｒを乗算した値となる。このため、上記式（１）に示すように、開放電位ＯＣＶ＿ｎ、電流値Ｉｂおよび抵抗値Ｒに基づいて、負極電位Ｅｎを算出することができる。

電池温度Ｔｂが高いほど、負極電位Ｅｎは、図４に示す挙動を示しやすくなる。具体的には、二次電池１０を放電したとき、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｔｈ以上であるときには、分極が発生せず、負極電位Ｅｎは、図４に示すように、放電時間に関わらず、一定の電位を示す。

一方、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ＿ｔｈよりも低いとき、分極が発生しやすくなり、負極電位Ｅｎは、図５に示すように、放電時間に応じて変化しやすくなる。図５において、横軸は時間であり、縦軸は負極電位Ｅｎである。図５に示すように負極電位Ｅｎが変化すると、負極電位Ｅｎを特定しにくくなる。

通常、二次電池１０を負荷２０と接続して、二次電池１０の充放電を行うときには、通電に伴う二次電池１０の発熱によって、電池温度Ｔｂは、所定温度Ｔｂ＿ｔｈ以上となりやすい。そこで、二次電池１０の充放電を行っているときには、分極が発生しにくくなり、負極電位Ｅｎは、放電時間に関わらず、一定の電位を示しやすくなる。したがって、上記式（１）に基づいて、負極電位Ｅｎを算出することができる。

ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、二次電池１０の正極電位Ｅｐを算出する。具体的には、コントローラ４０は、下記式（２）に基づいて、正極電位Ｅｐを算出する。電圧値Ｖｂは、正極電位Ｅｐおよび負極電位Ｅｎの差になるため、下記式（２）が導き出せる。

上記式（２）において、電圧値Ｖｂとしては、ステップＳ１０１の処理で検出された電圧値Ｖｂが用いられ、負極電位Ｅｎとしては、ステップＳ１０２の処理で算出された負極電位Ｅｎが用いられる。

ステップＳ１０４において、コントローラ４０は、ステップＳ１０３の処理で算出された正極電位Ｅｐが閾値（正極電位）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるか否かを判別する。閾値Ｅｐ＿ｔｈは、二次電池１０の正極板が劣化するときの電位を考慮して予め設定された固定値であり、０［Ｖ］よりも大きい電位である。正極板の劣化としては、例えば、正極活物質層の導電材が電解液中に溶出することが挙げられる。

図６に示すように、正極板１１の集電板１１１の表面には、正極活物質１１２ａおよび導電材１１２ｂからなる正極活物質層１１２が形成されており、正極活物質１１２ａの表面は、導電材１１２ｂによって覆われている。正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ以下であるとき、導電材１１２ｂが電解液中に溶出して、溶出物１１２ｃが発生する。溶出物１１２ｃが発生すると、溶出物１１２ｃは、導電材１１２ｂに戻ることができない。このため、溶出物１１２ｃの量が増加するほど、導電材１１２ｂの量が減少し、正極板１１の導電性が低下してしまう。正極板１１の導電性が低下すれば、二次電池１０の出力性能が低下してしまう。

図２に示すステップＳ１０４の処理において、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ以下であるとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０５において、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低い値に設定する。基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆについては、後述する。ここで、設定される放電電力許容値Ｗｏｕｔと、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆとの差は、ΔＷｏｕｔとなる。

差ΔＷｏｕｔは、予め定めた固定値であってもよいし、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差に応じて変更してもよい。正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差に応じて、差ΔＷｏｕｔを変更するとき、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差が大きいほど、差ΔＷｏｕｔを大きくすることができる。言い換えれば、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差が小さいほど、差ΔＷｏｕｔを小さくすることができる。

ここで、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差に応じて、差ΔＷｏｕｔを段階的又は連続的に変更することができる。差ΔＷｏｕｔを段階的に変更することには、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差が変化しても、差ΔＷｏｕｔが変更されないことが含まれる。差ΔＷｏｕｔを連続的に変更するときには、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈの差が変化すれば、差ΔＷｏｕｔが常に変更される。

図２に示すステップＳ１０４の処理において、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈよりも高いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０６において、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆに設定する。

基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆは、電池温度Ｔｂおよび二次電池１０のＳＯＣの少なくとも一方に基づいて設定される。以下、具体的に説明する。

図７には、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆおよび電池温度Ｔｂの対応関係を示す。図７に示すように、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆおよび電池温度Ｔｂの対応関係（マップ又は演算式）を予め求めておけば、電池温度Ｔｂを検出することにより、この電池温度Ｔｂに対応する基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆを設定することができる。基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆおよび電池温度Ｔｂの対応関係は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

図７において、電池温度Ｔｂが第１所定温度Ｔｂ＿ｔｈ１以上であって、第２所定温度Ｔｂ＿ｔｈ２以下であるとき、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆは所定値（一定値）となる。すなわち、電池温度Ｔｂが第１所定温度Ｔｂ＿ｔｈ１以上であって、第２所定温度Ｔｂ＿ｔｈ２以下であるときには、電池温度Ｔｂに関わらず、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆは所定値となる。なお、第２所定温度Ｔｂ＿ｔｈ２は、第１所定温度Ｔｂ＿ｔｈ１よりも高い。

一方、電池温度Ｔｂが第１所定温度Ｔｂ＿ｔｈ１よりも低いとき、電池温度Ｔｂが低いほど、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆが低下する。また、電池温度Ｔｂが第２所定温度Ｔｂ＿ｔｈ２よりも高いとき、電池温度Ｔｂが高いほど、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆが低下する。電池温度Ｔｂによっては、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆが０［ｋＷ］に設定されることがあり、このときには、二次電池１０の放電が行われない。

図８には、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆおよび二次電池１０のＳＯＣの対応関係を示す。図８に示すように、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆおよび二次電池１０のＳＯＣの対応関係（マップ又は演算式）を予め求めておけば、二次電池１０のＳＯＣを算出することにより、このＳＯＣに対応する基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆを設定することができる。基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆおよび二次電池１０のＳＯＣの対応関係は、メモリ４１に記憶しておくことができる。二次電池１０のＳＯＣは、公知のように、電流値Ｉｂや電圧値Ｖｂに基づいて算出することができる。

図８において、二次電池１０のＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿ｔｈ以上であるときには、ＳＯＣに関わらず、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆは所定値となる。一方、二次電池１０のＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿ｔｈよりも低いとき、ＳＯＣが低いほど、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆが低下する。ここで、二次電池１０のＳＯＣによっては、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆが０［ｋＷ］に設定されることがあり、このときには、二次電池１０の放電が行われない。

電池温度Ｔｂおよび二次電池１０のＳＯＣに基づいて、基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆを設定するときには、電池温度Ｔｂ、ＳＯＣおよび基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆの対応関係（マップ又は演算式）を求めておけばよい。これにより、電池温度Ｔｂを検出し、二次電池１０のＳＯＣを算出することにより、電池温度ＴｂおよびＳＯＣに対応した基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆを設定することができる。

本実施例の作用および効果について説明する。

本実施例によれば、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ以下であるときには、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させて、二次電池１０の放電を制限しやすくすることにより、二次電池１０の充電を優先させている。二次電池１０を充電すれば、正極電位Ｅｐを上昇させることができ、正極電位Ｅｐを閾値Ｅｐ＿ｔｈよりも高い電位まで変化させることができる。

正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ以下のままであると、図６を用いて説明したように、正極活物質層１１２の導電材１１２ｂが電解液中に溶出し続けてしまうが、正極電位Ｅｐを閾値Ｅｐ＿ｔｈよりも高い電位まで上昇させることにより、導電材１１２ｂの溶出を抑制することができる。これにより、導電材１１２ｂの溶出によって、二次電池１０の出力性能が低下することを抑制できる。

本実施例のように、正極電位Ｅｐに基づいて放電電力許容値Ｗｏｕｔを設定するとき、正極電位Ｅｐを直接算出することも考えられる。しかし、正極電位Ｅｐは、二次電池１０のＳＯＣやメモリ効果に応じて変化する。そして、二次電池１０のＳＯＣが同じであっても、メモリ効果の発生状態に応じて、正極電位Ｅｐが変化してしまう。メモリ効果の発生状態を把握することは困難であるため、正極電位Ｅｐを直接算出することは困難である。

本実施例では、正極電位Ｅｐを算出する前に、負極電位Ｅｎを算出している。ここで、本実施例では、二次電池１０のＳＯＣに関わらず、負極の開放電位ＯＣＶ＿ｎが一定であることに着目している。また、二次電池１０を放電したとき、放電時間に関わらず、負極電位Ｅｎが変化せず、負極電位Ｅｎが分極の影響を受けないことに着目している。これらに着目することにより、上記式（１）に基づいて、負極電位Ｅｎを算出することができる。

負極電位Ｅｎを算出すれば、上記式（２）に示すように、電圧値Ｖｂおよび負極電位Ｅｎに基づいて、正極電位Ｅｐを算出することができる。ここで、電圧値Ｖｂおよび正極電位Ｅｐがメモリ効果の影響を受けるため、電圧値Ｖｂおよび負極電位Ｅｎから正極電位Ｅｐを算出すれば、メモリ効果の影響を受けた正極電位Ｅｐを把握することができる。

本発明の実施例２である電池システムについて説明する。本実施例において、実施例１で説明した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。

実施例１では、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるとき、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させている。本実施例では、二次電池１０を負荷２０と接続してから、二次電池１０および負荷２０の接続を遮断するまでの間において、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させる処理を初回に行うときの閾値Ｅｐ＿ｔｈ（閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉという）を変更するようにしている。ここで、閾値Ｅｐ＿ｔｈは、本発明における第１閾値に相当し、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉは、本発明における第２閾値に相当する。

本実施例では、正極板１１の劣化状態（例えば、導電材１１２ｂの溶出状態）をダメージ量Ｄとして規定し、ダメージ量Ｄを積算した量（ダメージ積算量ΣＤという）に基づいて、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉを変更している。ダメージ積算量ΣＤは、二次電池１０を初めて充放電したときから現在までのダメージ量Ｄを積算した量である。

ダメージ積算量ΣＤがゼロであれば、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉは、閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈと等しくなる。一方、ダメージ積算量ΣＤがゼロよりも多ければ、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉは、閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈよりも低くなる。ここで、ダメージ積算量ΣＤが多いほど、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉおよび閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈの差が広がる。

本実施例において、放電電力許容値Ｗｏｕｔを設定する処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。図９に示す処理は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンにしたとき、所定の周期で実行される。図９において、図２で説明した処理と同じ処理については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。

ステップＳ１０３の処理によって正極電位Ｅｐを算出した後、ステップＳ１０７において、コントローラ４０は、放電制限フラグが設定されているか否かを判別する。放電制限フラグの設定内容は、メモリ４１に記憶される。

ここで、二次電池１０および負荷２０の接続を遮断するたびに、言い換えれば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにするたびに、コントローラ４０は、放電制限フラグの設定を解除する。このため、二次電池１０および負荷２０を接続したとき、言い換えれば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンにしたとき、放電制限フラグの設定は解除されている。そして、後述するように、二次電池１０および負荷２０を接続し、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させるまでは、放電制限フラグの設定が解除されたままとなる。

ステップＳ１０７の処理において、放電制限フラグが設定されていないとき、ステップＳ１０８において、コントローラ４０は、ステップＳ１０３の処理で算出された正極電位Ｅｐと、ステップＳ１０１の処理で検出した電流値Ｉｂとに基づいて、ダメージ量Ｄを算出する。具体的には、図１０に示すように、ダメージ量Ｄが算出される。図１０において、横軸は正極電位Ｅｐであり、縦軸はダメージ量Ｄである。

正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈよりも高いとき、ダメージ量Ｄはゼロとなる。また、二次電池１０を充電しているときや、二次電池１０の充放電を行っていないとき、ダメージ量Ｄはゼロとなる。

一方、二次電池１０を放電しているとき、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるときには、ダメージ量Ｄがゼロよりも多くなる。ここで、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈよりも低いほど、ダメージ量Ｄが多くなり、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈに近づくほど、ダメージ量Ｄが少なくなる。また、二次電池１０を放電しているときの電流値Ｉｂが大きいほど、ダメージ量Ｄが多くなり、二次電池１０を放電しているときの電流値Ｉｂが小さいほど、ダメージ量Ｄが少なくなる。

ステップＳ１０９において、コントローラ４０は、ステップＳ１０８の処理で算出されたダメージ量Ｄに基づいて、今回のダメージ積算量ΣＤを算出する。具体的には、コントローラ４０は、前回までに算出されたダメージ積算量ΣＤに対して、ステップＳ１０８の処理で今回算出されたダメージ量Ｄを加算することにより、今回のダメージ積算量ΣＤを算出する。また、コントローラ４０は、今回のダメージ積算量ΣＤをメモリ４１に記憶する。メモリ４１に記憶されたダメージ積算量ΣＤは、次回のダメージ積算量ΣＤを算出するときに用いられる。

ステップＳ１１０において、コントローラ４０は、ステップＳ１０９の処理で算出されたダメージ積算量ΣＤに対応する閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉを設定する。具体的には、図１１に示すように、ダメージ積算量ΣＤおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉの対応関係（マップ又は演算式）を予め求めておけば、ダメージ積算量ΣＤに対応した閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉを設定できる。図１１に示すように、ダメージ積算量ΣＤが多いほど、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉは、閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈよりも低くなる。言い換えれば、ダメージ積算量ΣＤがゼロに近づくほど、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉは、閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈに近づく。そして、ダメージ積算量ΣＤがゼロであるとき、閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉは、閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈと等しくなる。

ステップＳ１１１において、コントローラ４０は、ステップＳ１０３の処理で算出した正極電位Ｅｐが、ステップＳ１１０の処理で設定した閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉ以下であるか否かを判別する。正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉよりも高いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０６の処理を行う。

一方、ステップＳ１１１の処理において、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉ以下であるとき、ステップＳ１１２において、コントローラ４０は、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させる。ステップＳ１１２の処理は、図２で説明したステップＳ１０５の処理と同じである。

ステップＳ１１２の処理において、差ΔＷｏｕｔは、予め定めた固定値であってもよいし、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉの差に応じて変更してもよい。正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉの差に応じて、差ΔＷｏｕｔを変更するとき、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉの差が大きいほど、差ΔＷｏｕｔを大きくすることができる。言い換えれば、正極電位Ｅｐおよび閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉの差が小さいほど、差ΔＷｏｕｔを小さくすることができる。

ステップＳ１１２の処理の後、ステップＳ１１３において、コントローラ４０は、放電制限フラグを設定する。放電制限フラグの設定は、メモリ４１に記憶される。

ステップＳ１０７の処理において、放電制限フラグが設定されているとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０４の処理を行う。ステップＳ１０４、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６の処理は、実施例１で説明した通りである。

本実施例によれば、放電制限フラグが設定されるまでは、ダメージ積算量ΣＤに対応した閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉが設定され、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉ以下である、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させている。そして、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させたとき、放電制限フラグを設定している。

放電制限フラグが設定された後では、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるか否かが判別される。そして、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるとき、放電電力許容値Ｗｏｕｔが基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下する。

ダメージ積算量ΣＤが増加するほど、正極板１１の劣化（例えば、導電材１１２ｂの溶出）が進行するため、実施例１で説明したように、二次電池１０の出力性能が低下してしまう。ここで、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるとき、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させると、二次電池１０の出力が不十分となってしまうことがある。特に、本実施例の電池システムを車両に搭載したとき、二次電池１０の出力を用いた車両の走行性能が低下してしまうことがある。

そこで、本実施例では、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉ以下となるまでは、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆのままとし、二次電池１０の出力を確保するようにしている。

一方、正極電位Ｅｐが閾値Ｅｐ＿ｔｈ＿ｉｎｉ以下であるときには、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させることにより、二次電池１０の充電を優先させて、正極電位Ｅｐを上昇させることができ、正極板１１の劣化（例えば、導電材１１２ｂの溶出）を抑制することができる。また、放電制限フラグが設定された後では、正極電位Ｅｐが閾値（固定値）Ｅｐ＿ｔｈ以下であるとき、放電電力許容値Ｗｏｕｔを基準電力値Ｗｏｕｔ＿ｒｅｆよりも低下させることにより、正極電位Ｅｐを上昇させて、正極板１１の劣化を抑制することができる。すなわち、放電制限フラグが設定された後では、正極板１１の劣化の抑制を優先させるようにしている。

１０：二次電池、１１：正極板、１１１：集電板、１１２：正極活物質層、
１１２ａ：正極活物質、１１２ｂ：導電材、１１２ｃ：溶出物、２０：負荷、
３１：電圧センサ、３２：電流センサ、３３：温度センサ、４０：コントローラ、
４１：メモリ

Claims (3)

1. 所定のＳＯＣの範囲内で負極開放電位が一定であるアルカリ二次電池と、
   前記アルカリ二次電池の温度を検出する温度センサと、
   前記アルカリ二次電池の電流値を検出する電流センサと、
   前記アルカリ二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、
   前記アルカリ二次電池の放電を許容する上限電力値を設定するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記負極開放電位と、前記温度から特定される前記アルカリ二次電池の負極の抵抗値と、前記電流値とに基づいて、前記アルカリ二次電池の負極電位を算出し、
   前記負極電位および前記電圧値に基づいて、前記アルカリ二次電池の正極電位を算出し、
   前記正極電位が閾値以下であるとき、前記上限電力値を基準電力値よりも低下させる、
   ことを特徴とする電池システム。
2. 前記コントローラは、
   前記正極電位および前記電流値に基づいて、前記アルカリ二次電池の正極の劣化を規定するダメージ量を算出するとともに、前記ダメージ量を積算したダメージ積算量を算出し、
   前記ダメージ積算量が増加するほど、前記閾値が低下するように、前記ダメージ積算量に応じて前記閾値を変更し、
   前記正極電位が前記ダメージ積算量に応じた前記閾値以下であるとき、前記上限電力値を前記基準電力値よりも低下させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 前記閾値は、予め設定された第１閾値と、前記ダメージ積算量に応じた第２閾値とを含み、
   前記コントローラは、
   前記アルカリ二次電池を負荷と接続してから、前記アルカリ二次電池および前記負荷の接続を遮断するまでの間において、
   前記正極電位が前記第２閾値以下となるまで、前記上限電力値を前記基準電力値に設定し、
   前記正極電位が前記第２閾値以下であるとき、前記上限電力値を前記基準電力値よりも低下させ、
   前記上限電力値を前記基準電力値よりも低下させた後、前記正極電位が前記第１閾値以下であるとき、前記上限電力値を前記基準電力値よりも低下させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電池システム。