JP2016178052A - 二次電池の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の第一の目的は、二次電池の性能を最大限に引き出すことである。また、この際に、寿命と安全性を高いレベルでバランスさせることが可能な二次電池の制御システムを提案することにある。【解決手段】二次電池と、前記二次電池の劣化進行を判断する劣化進行判断手段と、前記二次電池の少なくとも上限温度を制御する制御装置と、を有し、前記上限温度の変更を制御する制御値変更判断手段を有し、前記制御値変更判断手段は、前記二次電池の劣化度と、想定劣化度とを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を用いた蓄電の制御システムに関するものである。

非水系電解液二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、水系電解液二次電池（例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛電池）の起電力（約１．５Ｖ）に比して非常に高い起電力（３Ｖ以上）を有する。そのため、リチウムイオン二次電池は、電池の小型・軽量化や大容量・高出力化に有利であり、携帯用パソコンや携帯電話機等の小型電子機器に広く用いられてきた。近年、リチウムイオン二次電池の用途は、大型電気機器（例えば、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＥＶ（電気自動車）などの自動車用動力電源や、電力貯蔵用電源）にも拡大してきている。

自動車用動力電源に用いる二次電池の寿命は、メンテナンス性やイニシャルコストの観点から車の寿命と同等程度にすることが重要である。上記観点から電池の搭載量は、最も負荷の大きい運転履歴を想定して、その条件において車の寿命と同等程度になるように設計される。しかしながら実使用状況下においては、想定した最大負荷の運転履歴よりも緩やかな運転をするケースがほとんどであり、車が寿命を迎えた際に二次電池の寿命には余裕があるケースが多く存在する。つまり、搭載した二次電池の性能は十分に発揮できないまま、使い終わることになるため無駄が生じることになる。一方で、余寿命を無駄にしないように、搭載量を減らした場合には、運転履歴次第で車の寿命を迎える前に電池の寿命が尽きてしまい、緊急メンテナンス等のメンテナンスコストの増大を招く。

特許文献１では、二次電池の実性能維持率と目標性能維持率から性能低下許容量を算出し、性能低下許容量に応じて適切な温度および充電率ＳＯＣの中心値を求めることにより、電池の劣化を抑制しながらもその抑制が過度にならないような制御を行っている。劣化の度合いに応じて、制限の度合いを変更する技術の開示がある。

特開２０１３−２４０２３６号公報

しかし、電池の目標性能維持率は、安全性の観点から最も負荷の大きい運転履歴を想定して、設定される場合が多い。したがって、実使用状況下においては、想定した最大負荷の運転履歴よりも緩やかな運転をするケースがほとんどであり、車が寿命を迎えた際に二次電池の寿命には余裕があるケースが多く存在する。したがって、二次電池の特性を最大限に生かすためには、二次電池の劣化を抑える制限制御のみならず二次電池の入出力電力を増大させる開放制御が重要となる。

また、開放制御において、制御値の緩和の仕方によっては、必ずしも二次電池の入出力電力を増大させることができないケースが存在し、また、制御因子の選定を誤ると、電池の安全性が問題となるケースもあることがわかった。

本発明の第一の目的は、二次電池の性能を最大限に引き出すことである。また、この際に、容量の低下率で規定される寿命と安全性を高いレベルでバランスさせることが可能な二次電池の制御システムを提案することにある。

本発明の課題を解決する手段は例えば以下である。

二次電池と、前記二次電池の劣化進行を判断する劣化進行判断手段と、前記二次電池の少なくとも上限温度を制御する制御装置と、を有し、前記上限温度の変更を制御する制御値変更判断手段を有し、前記制御値変更判断手段は、前記二次電池の劣化度と、想定劣化度とを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。

また、さらに好ましくは、以下である。

前記二次電池制御システムは、劣化進行判断手段を有し、前記劣化進行判断手段は、前記二次電池のＳＯＨを演算する手段を有することを特徴とする二次電池制御システム。

前記劣化度は、前記二次電池の余寿命により判断され、
制御値変更判断手段は、前記二次電池の余寿命と、想定余寿命とを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。

前記制御値変更判断手段は、前記余寿命を予測する予測寿命演算部と、予め記憶された前記想定余寿命を記憶する想定寿命記憶部と、比較部を有し、
前記比較部は、前記余寿命と前記想定余寿命とを比較し、前記余寿命が前記想定余寿命を上回っている場合には、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とする判断をすることを特徴とする二次電池制御システム。

劣化度はＳＯＨにより判断することも可能である。

前記劣化度は、前記二次電池のＳＯＨにより判断され、
制御値変更判断手段は、前記二次電池のＳＯＨと、想定ＳＯＨとを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。

前記制御値変更判断手段は、前記想定ＳＯＨを記憶または演算する想定ＳＯＨ演算部と、比較部を有し、
前記比較部は、前記二次電池のＳＯＨと前記想定ＳＯＨとを比較し、前記ＳＯＨが前記想定ＳＯＨを上回っている場合には、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とする判断をすることを特徴とする二次電池制御システム。

制御値としてＳＯＣ制限値、中心ＳＯＣ制限値、上限電圧制限値を調節する場合は、以下のようにまずは上限温度を変更または同時に変更することが好ましい。

前記制御装置は、前記劣化進行判断手段により求められる劣化度と、想定劣化度とを比較した結果に応じて、さらに前記二次電池のＳＯＣ制限値、中心ＳＯＣ制限値、上限電圧制限値の少なくともいずれかの値を変更し、前記上限温度は、前記ＳＯＣ制限値、前記中心ＳＯＣ制限値、前記上限電圧制限値を始めに変更、または同時に変更されることを特徴とする二次電池制御システム。

本発明により、二次電池の性能を最大限に引き出すことである。また、この際に、容量の低下率で規定される寿命と安全性を高いレベルでバランスさせることが可能な二次電池の制御システムを提案することができる

本発明の第１の実施例における二次電池の制御システムである。 本発明の第２の実施例における二次電池の制御システムである。 比較例１における二次電池の制御システムである。 比較例２における二次電池の制御システムである。 比較例３における二次電池の制御システムである。 本発明の第３の実施例における二次電池の制御システムである。 本発明の第４の実施例における二次電池の制御システムである。

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。

図１は、本発明に係る電池管理装置の第１の実施の形態を説明する電池システムブロック図である。本実施の形態の電池システムは、例えば、ＨＥＶやＰＨＥＶのようなハイブリッド車両に搭載することができる。図中の四角で囲んだものはシステムを構築する部品であり、部品を結んだ矢印は信号の伝達経路を示した。また矢印上には伝達される信号を記号で表した。

二次電池の制御システム１は、二次電池１０１、劣化進行判断手段１０２、制御装置１０３、制御値変更判断手段１０４、修正制御値演算部１０５、制御値記憶部１０６、入出力電力制限演算部１０７、冷却装置制御部１０８、冷却装置１０９を有する。

二次電池１０１としては、リチウムイオン二次電池を用いることができる。ＨＥＶやＰＨＥＶのようなハイブリッド車両では、例えばリチウムイオン二次電池を複数積層したモジュールが設置される。二次電池１０１は、電流制限Ｉｌｉｍ、電圧制限Ｖｌｉｍ、温度制限ＴＥｌｉｍで動作するよう制御装置で制御されている。このような制限は、制御装置１０３により制御される。ここでいう電流制限は、二次電池１０１の入出力を規定する電流上限である。電圧制限Ｖｌｉｍは電池の上限値ＶＢｍａｘ、下限値ＶＢｍｉｎ、ＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎ、二次電池の中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣである。

入出力電力制限演算部１０７では、制御装置１０３二次電池１０１から送られた電流制限Ｉｌｉｍ、電圧制限Ｖｌｉｍ、温度制限ＴＥｌｉｍを元に、二次電池１０１の入出力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算し、上位システムに伝達している。上位システムでは、二次電池１０１の入出力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを元に、電池への入出力電力に応じて各システムの動作点を決めている。

二次電池１０１の劣化進行は、劣化進行判断手段１０２により測定、演算される。劣化進行判断手段１０２は、ＳＯＨ演算部１１０、履歴記憶部１１１、ＳＯＨ記憶部１１２を有する。履歴記憶部１１１には、二次電池１０１の使用履歴と、履歴値ＨＳＴ１をＳＯＨ演算部１１０、履歴値ＨＳＴ２を予測寿命演算部に伝達するための条件が記憶されている。実施例１では履歴として二次電池の稼働時間を履歴記憶部１１１に記録し、履歴値ＨＳＴ１を発生させる条件を１ヶ月毎とした。これにより、二次電池の稼働時間が１ヶ月を経過するたびに、そのときの稼働時間が履歴値ＨＳＴ１として二次電池ＳＯＨ演算部１１０に伝達される。

ＳＯＨ演算部１１０では履歴記憶部からＨＳＴ１が送られてきたタイミングで、ＳＯＨを演算する。ＳＯＨ演算部１１０は、二次電池１０１から電流Ｉ，電圧Ｖ，温度ＴＥを受け取り、二次電池１０１の劣化度ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を演算する。ＳＯＨの演算には、電流Ｉ，電圧Ｖ，温度ＴＥの内、少なくとも２点以上必要である。二次電池１０１からの信号を用いて、ＳＯＨ演算部１１０では電流値を積算し算出した充放電量と電圧変化とＳＯＨ演算部１１０で記憶している二次電池使用開始前の充放電量と電圧の関係を示したデータ群を用いて現在の電池容量を算出した。また、その電池容量をＳＯＨ演算部に記憶した電池の初期容量を用いて規格化し容量維持率に換算する。求められた容量維持率は、ＳＯＨとしてＳＯＨ記憶部１１２に伝達される。この際、履歴値ＨＳＴ１も伝達される。電流Ｉ，電圧Ｖ，温度ＴＥ からのＳＯＨの演算にはその他、公知の方法を用いることができる。例えば本実施例では容量維持率によりＳＯＨとしたが、二次電池は使用により、抵抗の変化、電圧の変化を起こすので、例えば抵抗の変化、電圧の変化によりＳＯＨとすることもできる。

ＳＯＨ記憶部１１２では、ＳＯＨ演算部１１０で演算されたＳＯＨが演算されたタイミング（時間軸であり、二次電池の使用開始からの時間、日付 等）と共に記憶される。

以上のように劣化進行判断手段１０２により、二次電池１０１の劣化度（ＳＯＨ）が求められる。制御値変更判断手段１０４では、劣化進行判断手段１０２により求められた劣化度と、想定劣化度との比較が行われる。この比較の結果、劣化が想定よりも進んでいないと判断される場合、二次電池１０１の上限温度を上げることができる。また、劣化が進んでいると判断される場合は上限温度を下げ、二次電池の特性を制限することができる。本制御では、劣化度の進行によって、二次電池の上限温度の初期値からの制限度合いを変更する制御のみならず、劣化が進んでいないと判断される場合は、上限温度の初期値以上の値を設定し、積極的に二次電池の性能を開放させることができる。上限温度の初期値以上の値を設定することで、車が寿命を迎えるまでに二次電池の特性を最大限生かしきる制御をすることができる。また、二次電池の性能を開放する際に、特に上限温度を変更することにより、効率的に二次電池の特性を上げることができる。ここで「初期値以上の値」とは、電池使用の初期に設定された制限値以上の値に設定し得ることである。例えば劣化進行が予想より大きく、制限値を低く設定した後に、再度制限値を上げるような場合では、初期値を越える値に設定しない場合もある。積極的に電池性能を開放させる場合は初期値を越える値に設定することが好ましい。

劣化度の進行は、例えば二次電池のＳＯＨと想定ＳＯＨを比較することに判断することができる（実施例２）。また、二次電池のＳＯＨから寿命に達するまでの時間を予想し、この値と想定される余寿命とを比較することにより判断することができる（実施例１）。

実施例１の制御値変更判断手段１０４は、予測寿命演算部１１３と想定寿命記憶部１１４と、比較部１１５（寿命比較部）を有する。

予測寿命値演算部１１３では、履歴記憶部１１１から履歴値ＨＳＴ２が送られてきたときに処理を開始する。履歴値ＨＳＴ２を送る条件は、履歴値ＨＳＴ１の条件と同じでもよいし、違ってもかまわない。例えば、ＨＳＴ１を発生させる条件を１ヶ月毎とし、ＨＳＴ２を発生させる条件を２ヶ月毎とすることができる。ただし、ＨＳＴ１とＨＳＴ２の発生条件が異なる場合には履歴値ＨＳＴ２が予測寿命演算部に２回送られる間に、少なくとも１回以上履歴値ＨＳＴ１がＳＯＨ演算部に送られている必要がある。

予測寿命演算部１１３では、履歴値ＨＳＴ２が送られてきたタイミングで、ＳＯＨ記憶部１１２からＳＯＨデータ群ＳＯＨＣを取り出し、それらの値を用いて余寿命を予測する（予測寿命）。予め、二次電池の寿命と判断するＳＯＨの値を決めておき、この値に達するまでの残時間を算出し、余寿命とする。本実施例では一例として広く一般的に知られている、稼動期間の１／２乗と、電池の容量維持率が直線関係になる、所謂ルート則を適用し寿命に達するまでの時間を予測した。

想定寿命記憶部１１４には、二次電池１０１の想定寿命ＬＴ１が記憶されている。寿命比較部１１５では、予測寿命演算部から予測寿命値ＬＴ２が送られたタイミングで処理を開始する。寿命比較部１１５では、予測寿命ＬＴ２と想定寿命記憶部から受け取った想定寿命ＬＴ１を比較し、二次電池の制御因子を変更するかを判断する。予測寿命ＬＴ２が想定寿命ＬＴ１を上回っている場合には、修正制御値演算部に制御値を変更するよう指示ＦＬＧを出し、その逆の場合には制御値を変更しないよう指示ＦＬＧを出す。

修正制御値演算部１０５は、寿命比較部１１５から受け取った信号が制御値を変更する指示ＦＬＧである場合には、制御値記憶部１０６から現在の温度制御値ＴＥｌｉｍを取り出し、変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮを演算、決定する。また、決定した変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮを制御値記憶部１０６と制御装置１０３に送る。制御装置１０３は修正制御値演算部１０５から変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮを受け取ったら、温度制御値ＴＥｌｉｍを変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮ書き換え、二次電池を制御する。

修正制御値演算部１０５による変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮの算出は、例えばＦＬＧ信号一回ごとに１℃上昇させる等の演算を用いることができる。上昇させる温度は適宜変更することができる。

制御装置１０３は、上限温度以外に上限電圧、上限電流を制御している。本発明では、上限温度をまず変更することで、効率的に二次電池の性能を最大限に引き出すことができる。

本発明において、二次電池の余寿命を電池性能に振り返るように制御因子を変更する場合には、二次電池の電池容量ＱＢが少なくとも変更前と同等以上であることと、二次電池への入出力電力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが変更前と同等以上となるよう、制御を設計する。二次電池１０１の電池容量ＱＢは、ＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘと下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎの範囲で規定される電池容量により定まる。一方の入出力電力制限値は、電池電圧上限値ＶＢｍａｘ、電池電圧下限値ＶＢｍｉｎ、現状の電池電圧、電池の入力抵抗Ｒｃｈｇ、電池の出力抵抗Ｒｄｉｓを用いて下式（１）（２）により表わされる。

下式より入出力電力制限値を上げるためには、変更前の電池の上限電圧ＶＢｍａｘと変更後の電池の上限電圧値ＶＢｍａｘＮの間にＶＢｍａｘ＜ＶＢｍａｘＮが成立すること、変更前の電池の下限電圧ＶＢｍｉｎと変更後の電池の下限電圧値ＶＢｍｉｎＮの間にＶＢｍｉｎ＞ＶＢｍｉｎＮが成立すること、変更前の電池の入力抵抗Ｒｃｈｇと変更後の電池の上限電圧値ＲｃｈｇＮの間にＲｃｈｇ＞ＲｃｈｇＮが成立すること、変更前の電池の出力抵抗Ｒｄｉｓと変更後の電池の上限電圧値ＲｄｉｓＮの間にＲｃｈｇ＜ＲｃｈｇＮが成立すること、の４通りの方法が存在する。

ここで、本発明においては、二次電池の抵抗が温度に対して負の係数を持つような二次電池として、リチウムイオン電池を適用していることから、入力抵抗Ｒｃｈｇ，出力抵抗Ｒｄｉｓはそれぞれ温度を上げることで、上記条件を満たすことが可能となる。抵抗は温度に対して負の係数を持つため、温度上昇によって抵抗は低下し、この結果入出力は向上する。

本実施例では冷却装置を制御することで、 二次電池の温度を上げる機構を有する。冷却装置制御部１０８は修正制御値演算部１０５から変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮと二次電池の温度ＴＥを受け取る。二次電池の温度ＴＥが変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮよりも小さい場合には、冷却装置制御部１０８は冷却の性能が低下するように装置を制御する。一例として冷却装置１０９ふがファンであるならば、ファン動作時の電流Ｉ、電圧Ｖを低下させることでファンの回転数を下げ、冷却の性能を低下させることができる。二次電池の温度ＴＥが変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮよりもきわめて小さい場合には、ファンの動作を停止することでより積極的に二次電池の温度を上げることも可能である。

図２に示す実施例２では、実施例１において、劣化度の進行を二次電池のＳＯＨと想定ＳＯＨを比較することにより判断した。

実施例３の制御値変更判断手段１０４は、想定ＳＯＨ演算部１１６と、比較部としてＳＯＨ比較部１１５を有する。実施例３では、劣化度の進行を二次電池のＳＯＨと想定ＳＯＨを比較する。そのため、ＳＯＨ演算部１１０で計算された二次電池のＳＯＨはそのままＳＯＨ比較部に送られる。ＳＯＨ演算部で計算されたＳＯＨは想定ＳＯＨ演算部１１６で計算された想定ＳＯＨ値ＳＯＨＡと比較される。

想定ＳＯＨ演算部１１６では履歴記憶部から履歴値ＨＳＴ１を受け取った段階で処理を開始する。想定ＳＯＨ演算部１１６には、あらかじめ稼動期間に対するＳＯＨの想定値がデータ群として保存されている。このデータ群と履歴値ＨＳＴ１を用いて現状の想定されるＳＯＨを計算する。履歴値ＨＳＴ１として送られてくる稼動期間が想定ＳＯＨ演算部内のデータ群に存在しない場合は、ＨＳＴ１をはさむ二点のデータを用いてその内分から想定ＳＯＨ値ＳＯＨＡを決定する。ＳＯＨの想定値に関するデータ群は、関数であってもよいし、表となっていても構わない。関数の場合は二次電池の稼働時間から想定ＳＯＨを演算する。表の場合は、二次電池の稼働時間に対応する想定ＳＯＨを予め記憶された数値から選ぶ。

比較部１１５では、想定ＳＯＨ演算部から想定ＳＯＨであるＳＯＨＡが送られたタイミングで処理を開始する。ＳＯＨ比較部１１５では、ＳＯＨ演算部１１０から送信される現時点でのＳＯＨと想定ＳＯＨ演算部から受け取ったＳＯＨＡを比較し、二次電池の制御因子を変更するかを判断する。ＳＯＨＡが現時点でのＳＯＨを上回っている場合には、修正制御値演算部に制御値を変更するよう指示ＦＬＧを出し、その逆の場合には制御値を変更しないよう指示ＦＬＧを出す。

修正制御値演算部１０５は、実施例１と同様である。ＳＯＨ比較部１１５から受け取った信号が制御値を変更する指示ＦＬＧである場合には、制御値記憶部１０６から現在の温度制御値ＴＥｌｉｍを取り出し、変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮを決定する。また、決定した変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮを制御値記憶部１０６と制御装置１０３に送る。制御装置１０３は修正制御値演算部１０５から変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮを受け取ったら、温度制御値ＴＥｌｉｍを変更後の温度制御値ＴＥｌｉｍＮ書き換え、二次電池を制御する。

制御装置１０３は、上限温度以外に上限電圧、上限電流を制御している。本発明では、上限温度をまず変更することで、効率的に二次電池の性能を最大限に引き出すことができる。

なお、実施例３はその後、実施例２のような制御により、積極的に二次電池の温度を上昇させる機構を設けることもできる。
（比較例１）
図３は比較例１の形態を説明する電池システムブロック図である。

実施例１では、劣化度の進行の測定結果に応じて、上限温度を変更するのに対し、比較例１では、上限電圧を変更した。

比較例１では制御値記憶部１０６に電池電圧の上限値ＶＢｍａｘ、下限値ＶＢｍｉｎを記憶した。修正制御値演算部１０５では制御値記憶部１０６から現在の電池電圧の上限値ＶＢｍａｘ、下限値ＶＢｍｉｎを取り出し、変更後の電池電圧の上限値ＶＢｍａｘＮ、下限値ＶＢｍｉｎＮを決定する。また、決定した変更後の電池電圧の上限値ＶＢｍａｘＮ、下限値ＶＢｍｉｎＮを制御値記憶部と制御装置に送る。制御装置は修正制御値演算部から変更後の電池電圧の上限値ＶＢｍａｘＮ、下限値ＶＢｍｉｎＮを受け取ったら、電池電圧の上限値ＶＢｍａｘ、下限値ＶＢｍｉｎを変更後の電池電圧の上限値ＶＢｍａｘＮ、下限値ＶＢｍｉｎＮに書き換え二次電池を制御する。
（比較例２）
図４は比較例２の形態を説明する電池システムブロック図である。
実施例１では、劣化度の進行の測定結果に応じて、上限温度を変更するのに対し、比較例２では、ＳＯＣの範囲を変更した。

比較例２では制御値記憶部１０６にＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎを記憶した。ＳＯＣの範囲は充電開始、終了時の電圧により決まる為、上限電圧ＶＳＯＣｍａｘ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎ変更することで、ＳＯＣの範囲を変更することができる。

修正制御値演算部では制御値記憶部から現在のＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎを取り出し、変更後のＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘＮ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎＮを決定する。また、決定した変更後のＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘＮ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎＮを制御値記憶部と制御装置に送る。制御装置は修正制御値演算部から変更後のＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘＮ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎＮを受け取ったら、ＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎを変更後のＳＯＣ範囲を規定するための上限電圧ＶＳＯＣｍａｘＮ、下限電圧ＶＳＯＣｍｉｎＮに書き換え二次電池を制御する。
（比較例３）
図５は、比較例３の形態を説明する電池システムブロック図である。

比較例３では制御値記憶部１０５に中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣを記憶した。修正制御値演算部１０５では制御値記憶部１０６から現在の中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣを取り出し、変更後の中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣＮを決定する。また、決定した変更後の二次電池の中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣＮを制御値記憶部１０６と制御装置１０３に送る。制御装置１０３は修正制御値演算部１０５から変更後の中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣＮを受け取ったら、中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣを変更後の中心ＳＯＣを規定する電圧値ＶＣＮに書き換え二次電池を制御する。

図６は実施例３の形態を説明する電池システムブロック図である。実施例３は、実施例１に想定寿命入力部を追加した構成である。

想定寿命入力部１１７は想定余寿命値を書きかえる手段を有する。例えば、ユーザーは任意のタイミングで数値を入力する装置を用いて想定寿命値ＬＴ１Ｎを入力することができる。想定寿命入力部１１７は、想定寿命が入力されたら、想定寿命記憶部１１４に入力された想定寿命値ＬＴ１Ｎを送る。想定寿命記憶部１１４では、ＬＴ１Ｎが送られてきたら内部に保存している想定寿命ＬＴ１をＬＴ１Ｎに書き換える。想定寿命入力部は想定余寿命を書き換えているが、実施例３のような場合は想定ＳＯＨを書き換えても構わない。

本実施例はシステム稼動当初に想定した寿命を変更する場合、例えばより短期間でシステムの稼動を停止する場合や、システムの稼動期間を延長したい場合などに有効である。

図７に本発明の実施例４の実施例における二次電池の制御システムを示す。本実施例は実施例４に寿命表示部１１８を追加した構成である。寿命表示部１１８では寿命比較部１１５より送られてきた想定寿命ＬＴ１と予測寿命ＬＴ２を表示する機能を有する。

また、実施例３，４の想定寿命書き換え部１１７および寿命表示部１１８は他の実施例に適用することもできる。

ここで、実施例１〜４では制限値として温度のみを変更しているが、温度と合わせて、比較例１〜３のように電圧制限値、ＳＯＣ制限値、中心ＳＯＣ制限値を変更しても構わない。この場合、これら制限値のうち、上限温度をまず始めに優先して上昇させることが重要である。また、同時であっても構わない。

表１に制御値を書き換える前の電池、および実施例１〜４、ならびに比較例１〜３における制御値変更後の電池容量ＱＢ、入出力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ、電池の安全性の比較結果を示した。

入出力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは電池のＳＯＣの状態に応じて、刻々と変化することから、表には想定するＳＯＣ範囲内において、とりうる入出力制限値の最大値と最小値を示した。電池容量ＱＢ、入出力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは制御値変更前の値を１００とし、その比で現した。また、安全性については、制御値変更前の条件と比較し、同等・悪化と分類した。なお、安全性については、二次電池の電圧上下限値で判定した。リチウムイオン電池は一般的に、下限値ＶＢｍｉｎは３Ｖ前後から上限値ＶＢｍａｘは４Ｖ前後の範囲で駆動する。これは、リチウムイオン電池の安全性を担保するための設定である。

二次電池の電圧上限を上げる、あるいは二次電池の電圧下限を下げることは入出力制限値の増大につながるが、安全性が低下することが知られている。

二次電池の電圧上限を上げると、電池が過充電状態となり発火・破裂の危険性が増す。より具体的には、電池の電圧が上がることにより、リチウムイオン電池内部の電解液の酸化分解反応が促進される。酸化分解反応は熱を伴う反応であることから電池の温度が急激に上昇し、酸化分解反応がより加速される。この減少の繰り返しにより内圧が上昇し、電池が破裂する危険性を有する。

一方で、二次電池の電圧下限を下げると、電池が過放電状態となり、内部ショートの危険性が増す。より具体的には、二次電池の電圧低下により、負極の電位が増大し、負極に用いている金属箔が溶出する。溶出した金属箔が絶縁層であるセパレータの空隙を通り正極側に到達するとショートが発生し、電池が破裂する危険性を有する。

制御値として上限温度を変更した実施例１〜４では、電池容量ＱＢ、入出力制限値が上昇した。また、安全性については、変更前と同等の結果が得られた。温度の上限値が上がることで、より大きな電流を流せることにより入出力制限値が上昇したと考えられる。また、温度の上限値が上がったことで入出力抵抗が低下し、過電圧が低減する結果、容量が上昇する。

これに対し、上限電圧を変更した比較例１では電池容量ＷＢ、入出力制限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの全ての値が１００以上となるが、安全性が低下する課題を有する。これは電池の上下限電圧を変えることで、電池が過充電・過放電状態となる可能性が上がることが原因である。

制限値としてＳＯＣの範囲を変更した比較例２では、ＳＯＣ範囲を拡大した分容量は上昇するが、電池のＳＯＣ状態によっては、制御値書換前の入出力制限値を下回るケースが存在する。ここでいう電池のＳＯＣ状態とは、式(１)((２)で示した式において、（ＶＢｍａｘ−Ｖｃｕｒ）あるいは（Ｖｃｕｒ−ＶＢｍｉｎ）の値が制御値の書き換え前に比べて小さくなる場合である。このことは、２倍化した電池容量ＱＢの性能を十分に発揮することができず、かつ条件によっては制御値変更前の入出力制限を下回るケースも存在するため、本発明の目的には適切でないことが分かる。

制限値として中心ＳＯＣを変更した比較例３では出力制限Ｗｏｕｔはｍｉｎ、ｍａｘとも１００を超えているものの、入力制限Ｗｉｎはｍｉｎ、ｍａｘともに１００を下回っている。出力側では効率よく蓄積したエネルギーを放出できる一方で、受入れ性能が低下するため、エネルギーの蓄積量が低下し、本発明の目的には不適当であることが分かる。これは中心ＳＯＣを替えることにより式（２）の（Ｖｃｕｒ−ＶＢｍｉｎ）が大きくなる一方で、式（１）の（ＶＢｍａｘ−Ｖｃｕｒ）が小さくなるためである。

なお、この値自身は書き換える数値に応じて上下に変動するが、上で示した比較例１〜３の傾向には違いがないため、比較例１〜３ではどのような条件に設定しても課題が残ることが分かっている。

これらの結果から、電池の劣化進行に応じて、温度制限を初期値以上に上昇さることで二次電池の性能を最大限に引き出し、且つ容量の低下率で規定される寿命と安全性を高いレベルでバランスさせることができることが分かった。

１ 二次電池の制御システム
１０１ 二次電池
１０２ 劣化進行判断手段
１０３ 制御装置
１０４ 制御値変更判断手段
１０５ 修正制御値演算部
１０６ 制御値記憶部
１０７ 入出力電力制限演算部
１０８ 冷却装置制御部
１０９ 冷却装置
１１０ ＳＯＨ演算部
１１１ 履歴記憶部
１１２ ＳＯＨ記憶部
１１３ 予測寿命演算部
１１４ 想定寿命記憶部
１１５ 比較部（寿命比較部、ＳＯＨ比較部）
１１６ 想定ＳＯＨ演算部
１１７ 想定寿命書き換え部

Claims (11)

1. 二次電池と、
   前記二次電池の劣化進行を判断する劣化進行判断手段と、
   前記二次電池の少なくとも上限温度を制御する制御装置と、を有し、
   前記上限温度の変更を制御する制御値変更判断手段を有し、
   前記制御値変更判断手段は、前記二次電池の劣化度と、想定劣化度とを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。
2. 請求項１において、
   前記二次電池制御システムは、劣化進行判断手段を有し、
   前記劣化進行判断手段は、前記二次電池のＳＯＨを演算する手段を有することを特徴とする二次電池制御システム。
3. 請求項２において、
   前記劣化度は、前記二次電池の余寿命により判断され、
   制御値変更判断手段は、前記二次電池の余寿命と、想定余寿命とを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。
4. 請求項３において、
   前記制御値変更判断手段は、前記余寿命を予測する予測寿命演算部と、予め記憶された前記想定余寿命を記憶する想定寿命記憶部と、比較部を有し、
   前記比較部は、前記余寿命と前記想定余寿命とを比較し、前記余寿命が前記想定余寿命を上回っている場合には、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とする判断をすることを特徴とする二次電池制御システム。
5. 請求項２において、
   前記劣化度は、前記二次電池のＳＯＨにより判断され、
   制御値変更判断手段は、前記二次電池のＳＯＨと、想定ＳＯＨとを比較した結果に応じて、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とすることを特徴とする二次電池制御システム。
6. 請求項５において、
   前記制御値変更判断手段は、前記想定ＳＯＨを記憶または演算する想定ＳＯＨ演算部と、比較部を有し、
   前記比較部は、前記二次電池のＳＯＨと前記想定ＳＯＨとを比較し、前記ＳＯＨが前記想定ＳＯＨを上回っている場合には、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とする判断をすることを特徴とする二次電池制御システム。
7. 請求項４または請求項６において、
   前記比較部は、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とする判断の結果を修正制御値演算部に送信し、前記修正制御値演算部は、上昇させる温度を算出し、その結果を前記制御装置に送信することを特徴とする二次電池制御システム。
8. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記劣化進行判断手段により求められる劣化度と、想定劣化度とを比較した結果に応じて、さらに前記二次電池のＳＯＣ制限値、中心ＳＯＣ制限値、上限電圧制限値の少なくともいずれかの値を変更し、
   前記上限温度は、前記ＳＯＣ制限値、前記中心ＳＯＣ制限値、前記上限電圧制限値を始めに変更、または同時に変更されることを特徴とする二次電池制御システム。
9. 請求項２において、
   前記二次電池制御システムは、冷却装置制御部を有し、
   冷却装置制御部は、前記二次電池の前記上限温度を初期値以上とする判断の結果に基づいて、二次電池の冷却の度合いを変更することを特徴とする二次電池制御システム。
10. 請求項４において、
    前記二次電池制御システムは、想定寿命入力部を有し、
    前記想定寿命入力部は、前記想定余寿命値を書きかえる手段を有することを特徴とする二次電池制御システム。
11. 請求項４または請求項１０において、
    前記二次電池制御システムは、寿命表示部を有し、
    寿命表示部１は前記比較部より送られてきた想定余寿命と予測余寿命を表示する機能を有することを特徴とする二次電池制御システム。