JP2017051052A

JP2017051052A - 充電制御システム

Info

Publication number: JP2017051052A
Application number: JP2015174732A
Authority: JP
Inventors: 恒良中嶋; Tsuneyoshi Nakashima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09

Abstract

【課題】電池の劣化抑制および利用促進を図ること【解決手段】充電制御システム１００の禁止部１２３は、劣化量算出部１２１で算出された電池の劣化量Ｄｘが予め定められた劣化量Ｄｔｈよりも大きくない場合で、電圧計１１２によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖｔｈよりも大きい場合で、かつ、積算部によって算出された積算電気量Ｓｘが予め定められた電気量Ｓｌｉｍよりも大きい場合に、充電装置による充電を禁止する。【選択図】図２

Description

本発明は、充電制御システムに関する。

例えば、特開２０１４−１４７１９７号公報には、メインバッテリと、サブバッテリと、電力移動手段とを備えたバッテリ制御装置が開示されている。メインバッテリは、通常のＳＯＣ使用域よりも狭い領域で使用される。サブバッテリは、通常のＳＯＣ使用域の上限値と下限値との間の範囲で使用される。電力移動手段は、メインバッテリとサブバッテリの間で電力を移動させる。ＳＯＣは、ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅの略記であり、電池の残存容量とも称される。ここでは、メインバッテリが高ＳＯＣ状態で放置されている場合、電力移動手段がメインバッテリの電力の一部をサブバッテリに移動させる。このことによって、メインバッテリのＳＯＣは、劣化の少ないＳＯＣの状態まで低下する。他方、メインバッテリが低ＳＯＣ状態で放置されている場合、電力移動手段がサブバッテリの電力の一部をメインバッテリに移動させる。このことによって、メインバッテリのＳＯＣの状態が上がり、低ＳＯＣ状態でメインバッテリが劣化することを抑制することができる。

特開２０１４−１４７１９７号公報

ところで、リチウムイオン二次電池のような二次電池において、本発明者は、電池の劣化を抑制するべく、適切なタイミングで充電を禁止したいと考えている。また、劣化が抑えられる状況であれば、禁止を解除し、二次電池の利用を促進したいとも考えている。

ここで提案される充電制御システムは、充電装置と、充電装置に電気的に接続された電池の電圧を測定する電圧計と、電池に接続され、充電電流を測定する電流計と、電池の劣化量Ｄ_ｘを算出する劣化量算出部と、電圧計によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合に、電流計によって測定された充電電流を積算して、単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘを算出する積算部と、禁止部とを備えている。禁止部は、劣化量算出部で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合で、電圧計によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合で、かつ、積算部によって算出された積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合に、充電装置による充電を禁止する。

この充電制御システムによれば、リチウムイオン二次電池の劣化が、予め定められた劣化量よりも進んでいない場合で、かつ、積算部によって算出された積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合に、高ＳＯＣ時の充電が禁止される。このため、リチウムイオン二次電池の劣化が抑制される。さらに、電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きい場合には、高ＳＯＣの状態での充電が禁止されない。このため、リチウムイオン二次電池の使用域が拡大され、利用が促進される。

図１は、シャットダウン前後におけるリチウムイオン二次電池の挙動を模式的に示すグラフである。図２は、ここで提案される充電制御システム１００を模式的に示す模式図である。図３は、リチウムイオン二次電池１０の劣化率と温度との関係が模式的に示されたグラフである。図４は、リチウムイオン二次電池１０の温度履歴を模式的に示すグラフである。図５は、温度と、その温度に滞在した時間をカウントした棒グラフの一例である。図６は、時間経過に伴う電圧と充電電流との関係を模式的に示したグラフである。図７は、かかる充電制御システム１００のフローチャートである。

以下、ここで提案される充電制御システムについての一実施形態を説明する。ここで提案される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は模式的に描かれており、例えば、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜に省略または簡略化する。

図１は、シャットダウン前後におけるリチウムイオン二次電池の挙動を模式的に示すグラフである。図１中のＡは、使用を開始して間もない初期段階のリチウムイオン二次電池に関するグラフである。図１中のＢは、ある程度使用されて劣化したリチウムイオン二次電池に関するグラフである。図１中のＣは、Ｂよりもさらに使用され、劣化がさらに進んだリチウムイオン二次電池に関するグラフである。ここで、横軸は、シャットダウンが起きた時間を基準時０とし、前後の電池の温度変化が示されている。

本発明者の知見では、図１のグラフＡに示されているように、使用を開始して間もない初期段階のリチウムイオン二次電池では、シャットダウン後に少し温度が上昇するものの、温度上昇は低く抑えられて徐々に温度は低下する傾向がある。図１のグラフＢに示されているように、使用により劣化が少し進んだリチウムイオン二次電池では、シャットダウン後に温度が大きく上昇する場合がある。ただし、シャットダウン後にリチウムイオン二次電池の温度が大きく上昇する場合でも、他に組み込まれる機構によってリチウムイオン二次電池の安全性は確保されうる。図１のグラフＣに示されているように、Ｂに比べて使用により劣化がさらに進んだリチウムイオン二次電池では、初期段階のリチウムイオン二次電池と同程度に、シャットダウン後の温度上昇は低く抑えられる傾向がある。

かかるシャットダウン後のリチウムイオン二次電池の温度上昇の傾向について、使用によって正極活物質が劣化することに起因していると、本発明者は推察している。本発明者の推察によれば、初期段階では正極活物質の結晶構造が比較的安定しているが、使用が進むと正極活物質の結晶構造が不安定となり、さらに使用が進むと正極活物質の結晶構造が再び安定する。正極活物質の結晶構造が安定である場合には、図１のＡ，Ｃに示すように、過充電によってリチウムイオン二次電池がシャットダウンした後に、リチウムイオン二次電池の温度はあまり高くならずに徐々に低下する傾向がある。正極活物質の結晶構造が不安定である場合には、図１のＢに示すように、過充電によってリチウムイオン二次電池がシャットダウンした後に、リチウムイオン二次電池の温度が大きく上昇する場合がある。

かかる傾向は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）を含むいわゆる三元系正極活物質が用いられたリチウムイオン二次電池において顕著に生じうる。

〈充電制御システム１００〉
図２は、ここで提案される充電制御システム１００を模式的に示す模式図である。充電制御システム１００は、電池の充電状態を制御するシステムである。ここでは、本発明の電池は、車両などに搭載されるリチウムイオン二次電池１０である。このリチウムイオン二次電池１０は、複数の単電池を直列に接続した組電池であってもよいし、１つの単電池であってもよい。

図２に示された形態では、充電制御システム１００は、充電装置１１１と、電圧計１１２と、電流計１１３と、温度計１１４と、劣化量算出部１２１と、積算部１２２と、禁止部１２３と、許可部１２４とを備えている。ここで、充電制御システム１００は、電気的な演算処理装置と、記憶装置を組み合わせたコンピュータからなる制御装置２０を備えている。積算部１２２、禁止部１２３および許可部１２４は、充電制御システム１００の制御装置２０において予め定められたプログラムに沿った演算処理によって具現化されている。ここでは、制御装置２０は、演算を行う演算部２１と、データや閾値などを記憶する記憶部２２とを備えている。

〈充電装置１１１〉
充電装置１１１は、リチウムイオン二次電池１０を充電する装置である。充電装置１１１は、リチウムイオン二次電池１０の正極端子１２と負極端子１３に電気的に接続されている。ここでは、充電装置１１１には、スイッチング機構１１１ａが設けられている。

〈電圧計１１２〉
電圧計１１２は、充電装置１１１に電気的に接続されたリチウムイオン二次電池１０の電圧を測定する装置である。ここでは、電圧計１１２は、充電装置１１１に対して並列に接続されている。なお、電圧計１１２は、所定の時間（例えば、０．１秒）ごとにリチウムイオン二次電池１０の電圧を測定する。電圧計１１２によって測定されたリチウムイオン二次電池１０の電圧値は、測定時間の情報とともに、制御装置２０の記憶部２２に記憶される。

〈電流計１１３〉
電流計１１３は、充電装置１１１に電気的に接続されたリチウムイオン二次電池１０に接続され、充電電流を測定する装置である。ここでは、電流計１１３は、充電装置１１１に直列に接続されている。なお、電流計１１３は、所定の時間（例えば、０．１秒）ごとに充電電流を測定する。電流計１１３によって測定されたリチウムイオン二次電池１０の電圧値は、測定時間の情報とともに、制御装置２０の記憶部２２に記憶される。

〈温度計１１４〉
温度計１１４は、充電装置１１１に電気的に接続されたリチウムイオン二次電池１０の温度を測定するものである。温度計１１４は、所定の時間（例えば、０．１秒）ごとにリチウムイオン二次電池１０の温度を測定する。温度計１１４によって測定されたリチウムイオン二次電池１０の温度は、測定時間の情報とともに、制御装置２０の記憶部２２に記憶される。

〈劣化量算出部１２１〉
劣化量算出部１２１は、リチウムイオン二次電池１０の劣化量を算出する。この実施形態では、リチウムイオン二次電池１０の劣化量は、電池温度に基づいて算出されうる。ここで算出されるリチウムイオン二次電池１０の劣化量は、正極活物質の劣化度合いに応じた指標となり得る。つまり、正極活物質の結晶構造が変化する際には、発熱を伴う。このため、リチウムイオン二次電池１０の温度に基づいて、正極活物質の劣化度合いに応じたリチウムイオン二次電池１０の劣化の程度に相応する劣化量が算出されるとよい。

ここで、劣化量算出部１２１で算出される劣化量の算出例を説明する。図３は、リチウムイオン二次電池１０の劣化率（縦軸）と、リチウムイオン二次電池１０の温度（横軸）との関係が模式的に示されたグラフである。劣化率は、当該温度環境に単位時間置かれた場合にリチウムイオン二次電池１０が劣化する割合である。リチウムイオン二次電池１０の劣化は、正極活物質の結晶構造の変化に伴うものである。正極活物質の結晶構造が使用によって変化すると、例えば、リチウムイオン二次電池１０の容量維持率が低下する（換言すると、劣化率が高くなる）。また、リチウムイオン二次電池１０の温度が高いほど、正極活物質の結晶構造が変化しやすく、リチウムイオン二次電池１０の容量維持率が低下しやすい。図３は、リチウムイオン二次電池１０の温度と（単位時間当たりの）劣化率との関係を、予め試験によって得たものである。

図４は、リチウムイオン二次電池１０の温度履歴を模式的に示すグラフである。つまり、時間経過に沿ってリチウムイオン二次電池１０の温度変化を示すグラフである。図４では、縦軸には、リチウムイオン二次電池１０の温度が示されており、横軸には時間が示されている。制御装置２０では、温度計１１４で測定されたリチウムイオン二次電池１０の温度の測定値の履歴がこれに相当する。

図５は、温度と、その温度に滞在した時間をカウントした棒グラフの一例である。図５のグラフは、例えば、図４の温度履歴に基づいて作成されうる。ここで例示される算出例では、温度毎に図３から求められる劣化率と、図５に示された滞在時間のカウント数とを乗算し、これを積算するとよい。なお、ここで挙げる劣化量の規定は、本発明者が検討している劣化量の一例であり、特に言及されない限りにおいて、劣化量の算出方法は、ここで例示するものに限定されない。

〈積算部１２２〉
積算部１２２は、リチウムイオン二次電池１０が高ＳＯＣ状態である場合、電流計１１３によって測定された充電電流を積算して、単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘを算出する。ここでは、高ＳＯＣ状態は、電圧計１１２によって測定された電圧が予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい状態として規定される。「予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈ」は、例えば、３．８Ｖ〜４．０Ｖの間の任意の１つの値で設定するとよい。予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈは、充電装置１１１に接続されたリチウムイオン二次電池１０ごとに設定されるものであってもよい。ここでは、予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈは、記憶部２２に記憶されている。

ここで、図６は、時間経過に伴うリチウムイオン二次電池１０の電圧と充電電流との関係を模式的に示したグラフである。なお、図６において、グラフＧ１は、時間経過に伴うリチウムイオン二次電池１０の電圧を表している。グラフＧ２は、時間経過に伴う充電電流を表している。以下の説明において、符号に括弧で囲んだ符号が添えられている場合、括弧で囲んだ符号が添えられた符号が表すものは、当該括弧内の符号で表される特定の時間におけるものである。図６では、例えば、時間ｔ_（ｉ）において電圧計１１２によって測定された電圧は電圧Ｖ_（ｉ）と表され、時間ｔ_（ｉ）において電流計１１３によって測定された充電電流は電流Ａ_（ｉ）と表されている。この実施形態では、任意の時間において、測定した電圧と充電電流とを対応させた状態で、測定した電圧と充電電流とが記憶部２２に記憶される。

ここでは、積算部１２２は、電流計１１３によって測定された充電電流を積算して積算電気量Ｓ_（ｊ）を算出する。積算電気量Ｓ_（ｊ）は、演算部２１によって演算される。

図６では、時間ｔ_{（ｉ−２）}および時間ｔ_{（ｉ−１）}において、電圧Ｖ_{（ｉ−２）}および電圧Ｖ_{（ｉ−１）}は、それぞれ予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈ以下である。他方、時間ｔ_（ｉ）、時間ｔ_{（ｉ＋１）}、時間ｔ_{（ｉ＋２）}、・・・、時間ｔ_{（ｉ＋ｎ−１）}、時間ｔ_{（ｉ＋ｎ）}において、それぞれの電圧Ｖ_（ｉ）、電圧Ｖ_{（ｉ＋１）}、電圧Ｖ_{（ｉ＋２）}、・・・、電圧Ｖ_{（ｉ＋ｎ−１）}、電圧Ｖ_{（ｉ＋ｎ）}は、予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい。そこで、電圧計１１２によって測定された電圧が予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合の時間ｔ_（ｉ）、時間ｔ_{（ｉ＋１）}、時間ｔ_{（ｉ＋２）}、・・・を順に、それぞれ時間ｔ_（１）、時間ｔ_（２）、時間ｔ_（３）、・・・に置き換える。このとき、時間ｔ_（ｊ）における積算電気量Ｓ_（ｊ）は、以下の数式（１）で表すことができる。

つまり、時間ｔ_（ｊ）における積算電気量Ｓ_（ｊ）は、時間ｔ_（ｊ）までに、高ＳＯＣ状態で記録された充電電気量Ａを積算したものである。

＜単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘ＞
「単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘ」とは、使用期間中に積算された積算電気量Ｓ_（ｊ）を単位期間当たりに換算した積算電気量のことである。「単位期間」は、例えば、一日を単位期間として設定できる。一日を単位期間に設定した場合、単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘは、電池を使用した場合に当該使用期間中に積算された積算電気量Ｓ_（ｊ）を一日当たりで平準化した電気量である。例えば、電池が５０日間使用された場合、５０日間で積算された積算電気量Ｓ_（ｊ）が求められる。求められた積算電気量Ｓ_（ｊ）を、使用期間に相当する日数ｐ（ここでは、５０日）で割ることによって、一日当たりの積算電気量Ｓ_ｘが求められる。ここで、一日を単位期間に設定した場合、単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘは、以下の数式（２）で表すことができる。数式（２）において、ｐは、使用期間である。また、ｍは、高ＳＯＣ状態で充電電気量Ａ_（ｊ）が記録された回数である。単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘは、適宜、積算電気量Ｓ_ｘと称する。

なお、上記の説明では、一日を単位期間として設定しており、数式（２）において、ｐは、使用期間に相当する日数である。なお、ここでは、「単位期間」は、一日単位でなくてもよい。例えば、単位期間は、一週単位であってもよい。この場合、上記ｐは、使用期間に相当する週数となる。また、単位期間は、一時間単位であってもよい。この場合、上記ｐは、使用期間に相当する時間となる。

＜禁止部１２３＞
禁止部１２３は、充電装置１１１によるリチウムイオン二次電池１０への充電を禁止する処理部である。ここでは、禁止部１２３が、充電を禁止する条件は、以下の条件１、条件２および条件３が揃った場合である。
条件１：劣化量算出部（１２１）で算出されたリチウムイオン二次電池１０の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない。つまり、リチウムイオン二次電池１０の容量劣化が予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも進んでいない場合である。
条件２：電圧計１１２によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい。つまり、高ＳＯＣ時に充電される場合である。
条件３：積算部によって算出された単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい。例えば、単位期間が一日である場合、一日の積算電気量Ｓ_ｘが一日に対して予め定められたＳ_ｌｉｍよりも大きい場合であり、高ＳＯＣの状態で、一日に予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも、過剰に充電される場合が該当しうる。

〈劣化量Ｄ_ｔｈ〉
ここで「予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈ」は、リチウムイオン二次電池１０の充電を禁止するか否かを判定するための閾値の１つであり、劣化量算出部１２１で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘに対して設定されている。劣化量算出部１２１で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘは、リチウムイオン二次電池１０の劣化の程度を評価しうる。図１のＣで示されるように、劣化がある程度以上に進んだリチウムイオン二次電池１０は、過充電によってシャットダウンした後の発熱が小さく抑えられうる。この場合、本発明者は、リチウムイオン二次電池１０の充電を過度に禁止する必要性が低くなり、反対に、リチウムイオン二次電池１０の使用域を広げるためには、リチウムイオン二次電池１０の充電が許容されることが望ましいと考えている。ここでは、上記の条件１において、リチウムイオン二次電池１０の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きい場合には、充電は禁止されない。

〈電気量Ｓ_ｌｉｍ〉
「予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍ」は、充電を禁止するか否かを判定するための閾値の１つであり、単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘに対して設定されている。例えば、上記の説明のように、一日を単位期間として設定している場合には、電気量Ｓ_ｌｉｍは、高ＳＯＣ状態で充電される電気量について、一日当たりに許容される電気量として設定される。これに対して、一週を単位期間として設定している場合には、電気量Ｓ_ｌｉｍは、高ＳＯＣ状態で充電される電気量について、一週当たりに許容される電気量として設定される。また、一時間を単位期間として設定している場合には、予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍは、高ＳＯＣ状態で充電される電気量について、一時間当たりに許容される電気量として設定される。

〈許可部１２４〉
図１に示すように、許可部１２４は、充電装置１１１によるリチウムイオン二次電池１０への充電を許可する処理部である。許可部１２４は、例えば、劣化量算出部１２１で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きい場合に、充電装置１１１によるリチウムイオン二次電池１０への充電を許可する。また、劣化量算出部１２１で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合であっても、積算部１２２によって算出された積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍ以下である場合には、許可部１２４は、リチウムイオン二次電池１０への充電を許可する。つまり、ここでは、許可部１２４は、禁止部１２３によってリチウムイオン二次電池１０への充電が禁止されていない状況で、充電装置１１１によるリチウムイオン二次電池１０への充電を許可する。

〈予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍの設定方法〉
次に、予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍの設定方法について説明する。予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍは、走行模擬試験または矩形波試験を行うことによって設定することができる。ここで、走行模擬試験および矩形波試験では、充電制御システム１００の制御対象となる二次電池と同仕様の二次電池のサンプルを複数用意する。

走行模擬試験では、用意した二次電池をハイブリッド車両に搭載し、車両の駆動系統を駆動させるモーターの電源として用いる。ここで、搭載された二次電池は、車両の走行において回生エネルギーに応じて充電され、加速時などにおいて放電する充放電装置に組み込まれる。かかる充放電装置は、上述のように搭載された二次電池に対して、電圧計と電流計が取り付けられている。また、充放電装置には、積算電気量Ｓ_（ｊ）および積算電気量Ｓ_ｘを演算する演算装置が組み込まれている。ここでは、上述した禁止部１２３のように、高ＳＯＣ状態での過剰な充電が制限されるような制御は組み込まれていない。かかる走行模擬試験では、充放電が頻繁に行われる走行パターンによる走行が所定の時間（以下、走行時間という。）の間、車両を走行させる。そして、走行時間と走行パターンが異なる走行模擬試験を二次電池の複数のサンプル（例えば、サンプル１，２，３）に対して行う。次に、走行模擬試験で使用された二次電池の複数のサンプル（サンプル１，２，３）に対して過充電試験を行う。

かかる過充電試験では、高ＳＯＣ状態での過剰な充電が制限されるような制御が組み込まれていないので、二次電池は、高ＳＯＣ状態でも過剰な充電がされうる。したがって、過充電試験をし続けると、二次電池の正極活物質が次第に劣化する。そして、走行模擬試験を行った二次電池の複数のサンプル（サンプル１，２，３）のうち何れか（例えば、サンプル３）は、正極活物質の劣化に起因して、二次電池が発熱し、セパレータが溶解することによってシャットダウンする。この走行模擬試験および過充電試験では、シャットダウンした二次電池（サンプル３）に対して、車両の走行を開始してから二次電池がシャットダウンするまでの時間において記録された、高ＳＯＣ状態での充電に応じて積算電気量Ｓ_（ｊ）を求める。その後、積算電気量Ｓ_（ｊ）を基に、単位期間当たりに平準化した積算電気量Ｓ_ｘを求める。そして、積算電気量Ｓ_ｘに対して安全率を考慮した十分に小さい電気量を、禁止部１２３での閾値としての電気量Ｓ_ｌｉｍとして設定する。

矩形波試験は、走行模擬試験と同様に、充電制御システム１００の制御対象となる二次電池と同仕様の二次電池を用いて、実験室で行われる試験である。かかる矩形波試験では、用意された二次電池を充放電装置に組み込む。二次電池には、電圧計と電流計が取り付けられている。また、二次電池には、積算電気量Ｓ_（ｊ）および積算電気量Ｓ_ｘを演算する演算装置が組み込まれている。ここでは、上述した禁止部１２３のように、高ＳＯＣ状態での過剰な充電が制限されるような制御は組み込まれていない。

充電装置は、予め定められた充放電パターンによって、充電と放電を所定の時間（以下、充放電時間という。）の間、繰り返す。そして、充放電時間が異なる矩形波試験を異なる二次電池に対して行う。ここでの充放電パターンは、二次電池に対して充放電が頻繁に行われるように設定されている。また、充放電パターンは、例えば、所定の高ＳＯＣ状態まで充電した後、一定の電流値で所定時間充電する充電と、一定の電流値で所定時間放電する放電とを、交互に行うとよい。ここで、一回の充電によって充電される充電電気量と、一回の放電で放電される放電電気量とが同じ電気量であるとよい。

次に、矩形波試験で使用された複数の二次電池に対して過充電試験を行う。かかる過充電試験では、高ＳＯＣ状態での過剰な充電が制限されるような制御が組み込まれていないので、二次電池は、高ＳＯＣ状態でも過剰に充電されうる。したがって、過充電試験をし続けると、二次電池の正極活物質が次第に劣化する。そして、矩形波試験を行った複数の二次電池の複数のサンプル（サンプル１，２，３）のうち何れか（例えば、サンプル３）は、正極活物質の劣化に起因して、二次電池が発熱し、セパレータが溶解することによってシャットダウンする。この矩形波試験および過充電試験では、シャットダウンした二次電池（サンプル３）に対して、充放電を開始してから二次電池がシャットダウンするまでの時間において、記録された高ＳＯＣ状態での充電に応じて積算電気量Ｓを求める。その後、積算電気量Ｓを基に、単位期間当たりに平準化した積算電気量Ｓ_ｘを求める。そして、積算電気量Ｓ_ｘに対して安全率を考慮した十分に小さい電気量を、禁止部１２３での閾値としての電気量Ｓ_ｌｉｍとして設定する。

本発明者の知見によれば、走行模擬試験であっても矩形波試験であっても、同じ仕様の電池に対しては、概ね同じ値の電気量Ｓ_ｌｉｍが設定されうる。このように、禁止部１２３で用いられる電気量Ｓ_ｌｉｍは、予め行われる走行模擬試験や矩形波試験のような試験に基づいて設定されるとよい。例えば、正極発熱量が発火に至る不安全な値となる場合の高電圧状態における充電電気量をα（Ａｈ）とする。この充電電気量αを基準として、例えば、電池が約１０年間使用される場合を考慮した場合、使用期間に相当する日数ｐ（ここでは、一月を３１日として概算し、３１×１２×１０＝３７２０日）で割ることによって、一日当たりのＳ_ｌｉｍを設定してもよい。この場合、Ｓ_ｌｉｍは、α／３７２０（Ａｈ／ｄａｙ）と設定されるとよい。例えば、本発明者が実施した試験では、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）からなるいわゆる三元系正極活物質が用いられたリチウムイオン二次電池の電池パックにおいて、Ｓ_ｌｉｍは０．２７８Ａｈと設定された。Ｓ_ｌｉｍは、α／３７２０（Ａｈ／ｄａｙ）×使用日数で設定されてもよい。この場合、使用期間が１０年目までは、使用日数に応じて一日ごとにＳ_ｌｉｍが拡大する。また、電池が１０年を経過して使用される場合には、１０年を経過した後、電池が約１０年間使用される場合を考慮して設定されたＳ_ｌｉｍを、Ｓ_ｌｉｍ＝αで固定してもよい。

〈充電制御システム１００のフローチャート〉
次に、図１に示される充電制御システム１００のフローチャートについて説明する。図７は、かかる充電制御システム１００のフローチャートである。なお、ここで例示するフローチャートは一実施例に過ぎず、特に言及されない限りにおいて、充電制御システム１００を限定するものではない。

図７のフローチャートでは、リチウムイオン二次電池１０の劣化量Ｄ_ｘが算出される（Ｓ１０１）。劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも高いか否かが判定される（Ｓ１０２）。ここで、劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも高くない場合（Ｎ）に、リチウムイオン二次電池１０の電圧Ｖが、予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０３）。リチウムイオン二次電池１０の電圧Ｖが、予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合（Ｙ）には、積算電気量Ｓ_ｘを算出する（Ｓ１０４）。次に、積算電気量Ｓ_ｘが、予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きいか否かが判定される（Ｓ１０５）。そして、積算電気量Ｓ_ｘが、予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合（Ｙ）に充電が禁止される（Ｓ１０６）。

また、Ｓ１０５の判定において、積算電気量Ｓ_ｘが、予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きくない場合（Ｎ）に充電が許可される（Ｓ１０７）。また、Ｓ１０２の判定において、劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも高い場合（Ｙ）には、充電が許可される（Ｓ１０８）。この場合、劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも高い場合（Ｙ）には、図１の（Ｃ）で示すように、リチウムイオン二次電池１０の劣化がある程度進み、過充電時にシャットダウンした後でも発熱が低く抑えられる。また、この場合、以後において、過充電時にシャットダウンした後でも発熱が低く抑えられるので、高ＳＯＣ時の充電を制限する（Ｓ１０３）〜（Ｓ１０６）の一連の制御を実施する必要性がなくなる。このため、図７のフローチャートでは、Ｓ１０８で充電が許可された後で、充電制御システム１００の処理フローが終了されている。

このように、この充電制御システム１００では、上述のように、Ｓ１０２の判定において、劣化量算出部１２１で算出されたリチウムイオン二次電池１０の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合（Ｎ）で、Ｓ１０３の判定において、電圧計１１２によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合（Ｙ）で、かつ、積算部１２２によって算出された積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合（Ｓ１０５）に、禁止部１２３によって充電装置１１１による充電が禁止される。

つまり、リチウムイオン二次電池１０の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合で、かつ、積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合には、電圧計１１２によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合（高ＳＯＣ時）における充電は禁止される。また、その余の場合には、充電は許可される。

例えば、Ｓ１０２の判定において、リチウムイオン二次電池１０の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合（Ｎ）であっても、Ｓ１０５の判定において、積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きくない場合（Ｎ）には、高ＳＯＣ時の充電は許可される（Ｓ１０７）。また、Ｓ１０５の判定において、積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合（Ｙ）には、高ＳＯＣ時の充電は禁止される（Ｓ１０６）。その後、再び積算電気量Ｓ_ｘが算出され（Ｓ１０４）、Ｓ１０５において積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きくないと判定された場合（Ｎ）には、上記禁止が解除され、高ＳＯＣ時の充電は許可される（Ｓ１０７）。なお、図７は、充電制御システム１００のフローチャートの一例を示しているが、特に言及されない限りにおいて、充電制御システム１００の制御フローは、限定されない。例えば、図７における判定処理Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５の順番は、適宜に変更できる。

以上のように、充電制御システム１００によれば、禁止部１２３は、劣化量算出部１２１で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合で、電圧計１１２によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合で、かつ、積算部によって算出された積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合に、充電装置による充電を禁止する。これにより、高ＳＯＣの状態での充電が適宜に禁止され、電池１０の劣化が抑えられる。さらに、電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きい場合で、電池１０の劣化がある程度進み、過充電耐性が低下しない状態である場合には、高ＳＯＣの状態での充電が禁止されない。このため、電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きい場合には、高ＳＯＣの状態であっても充電されるので、リチウムイオン二次電池１０の使用域が拡大する。このため、例えば、ハイブリッド車両に搭載された場合には燃費向上が図られる。

１０リチウムイオン二次電池（電池）
１２正極端子
１３負極端子
２０制御装置
２１演算部
２２記憶部
１００充電制御システム
１１１充電装置
１１１ａスイッチング機構
１１２電圧計
１１３電流計
１１４温度計
１２１劣化量算出部
１２２積算部
１２３禁止部
１２４許可部

Claims

充電装置と、
前記充電装置に電気的に接続された電池の電圧を測定する電圧計と、
前記電池に接続され、充電電流を測定する電流計と、
前記電池の劣化量Ｄ_ｘを算出する劣化量算出部と、
前記電圧計によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合に、前記電流計によって測定された充電電流を積算して、単位期間当たりの積算電気量Ｓ_ｘを算出する積算部と、
禁止部と
を備え、
前記禁止部は、
前記劣化量算出部で算出された電池の劣化量Ｄ_ｘが予め定められた劣化量Ｄ_ｔｈよりも大きくない場合で、
前記電圧計によって測定された電圧Ｖが予め定められた電圧値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合で、かつ、
前記積算部によって算出された前記積算電気量Ｓ_ｘが予め定められた電気量Ｓ_ｌｉｍよりも大きい場合に、
前記充電装置による充電を禁止する、充電制御システム。