JP2019506830A - 蓄電池放電のための制御装置および蓄電池を放電する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、蓄電池（２）の放電を制御するための制御装置（６）に関し、上記制御装置（６）は、電池（２）の放電中における電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定し、電圧（Ｖ_ｘ）が第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）より低い場合に放電を停止し、放電停止後に電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定し、第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）と放電停止後の電池（２）の測定電圧との間の電圧差（ΔＶ_ｘ）を求め、求めた電圧差（ΔＶ_ｘ）が所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）を超える場合に放電を継続するよう構成される。本発明は、上記に対応する、蓄電池（２）の放電を制御する方法にも関する。

Description

本開示の分野
本開示は、蓄電池の放電を制御するための制御装置および蓄電池を放電する方法に関する。

本開示の背景
蓄電池は、二次電池ともよばれ、エネルギー貯蔵手段として、特に車両用のエネルギー貯蔵手段としてますます重要になってきている。このような車両としては、内燃機関と１つ以上の電動モータとを備えるハイブリッド車や、電気のみで駆動される自動車が挙げられる。車両が電力で駆動される際に、電池が放電される。

このような車両で使用するのに好適な蓄電池としては、たとえばバイポーラ固体電池や、それ以外の蓄電池として、液体電池、特にラミネート型リチウムイオン電池が挙げられる。上記用途に用いられる蓄電池は、単電池１つからなるものであってもよいし、複数の単電池、好ましくは複数の同一の単電池からなるものであってもよい。後者の蓄電池は組電池ともよばれる。

電池または組電池は、充放電を制御するための制御装置をさらに含んでいてもよい。制御装置は、電池が安全作動域を超えて作動することのないよう、電池の充電レベル（ＳＯＣ）を監視する。こうした電池または組電池は、スマート電池またはスマート組電池ともよばれる。制御装置は車両に装備されていてもよい。

充放電制御において重要な態様の１つは、電池の過充電や過放電を確実に回避することである。過充電や過放電は、電池の電圧を監視することによって回避できる。電池の電圧が充電中に上昇し、放電中に低下するからである。放電中に電池の測定電圧が所定の下限電圧より低くなると、電池が完全放電状態であると制御装置が認識して、放電を停止する。

電池の寿命の間において、充放電が繰り返されることにより、電池を構成している積層された層が劣化する可能性がある。特に、積層型電極は劣化の影響を受ける可能性がある。劣化により、抵抗が増大して、放電中に計測される電池の電圧計測値が低くなる。

そのため、層劣化した電池の放電においては、電圧計測値が所定の上限電圧に達するのが早く、制御装置は、電池が完全放電状態になったと誤認識する。実際には電池が完全放電状態に達していない（ＳＯＣの許容範囲の下限に達していない）にもかかわらず、放電が終了することになる。つまり、電池から得られるエネルギーの量が、劣化分散により減少するのである。

欧州特許出願公開第１４２２７６９号は、単電池電圧計測タブを備えたラミネート型積層型電池を開示する。複数の単電池が積層方向に積層されたものが直列に接続されており、当該複数の単電池の電圧を計測するための共有電圧計測タブ電極が、当該複数の単電池のそれぞれに接して形成されている。

ただ、この技術においては、単電池１つに電圧計測タブ電極１つが必要となる。電池が単電池４００〜５００個からなる場合には、このようにセンサを配置するとコストが非常に多くかかり得るし、場合によってはこのような配置は不可能である。

本開示の概要
現状では、信頼性が高く経済的な放電制御機能を有し、かつ種々の電池型の電池に対して好適に使用できる制御装置の提供が望まれている。

したがって、本開示の実施形態は、蓄電池の放電を制御するための制御装置を提供する。制御装置は、
電池の放電中における電池の電圧を測定し、
測定電圧が第１の所定の下限電圧より低い場合に放電を停止し、
放電停止後に電池の電圧を測定し、
第１の所定の下限電圧と放電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差を求め、
求めた電圧差が所定の閾値を超える場合に放電を継続するよう構成される。

このような構成を提供することにより、放電停止時の電池の測定電圧の上昇量に基づいて放電を制御することが可能となる。電池が既に層劣化している場合、電圧上昇量は比較的大きい。というのは、劣化により抵抗が増大していて、放電中の電池の電圧が低いためである。言い換えると、電圧上昇量が所定の閾値より大きい場合には、放電中に電池の電圧が比較的低くてもそれは層劣化によるものであって、電池が実際に放電状態になったためではない、と判定できる。この場合、放電は継続される。

第１の所定の下限電圧は、車両により使用される充電レベルの望ましい範囲に基づいて決定されてもよい。第１の所定の下限電圧の設定は、たとえば、第１の所定の下限電圧に到達すると充電レベルが低くなる（たとえばＳＯＣ２０％になる）ように、または充電レベルが低くなると予期されるようになされてもよい。

制御装置および制御装置により実施される上記プロシージャは、あらゆる型のバイポーラ固体電池に適している。また、制御装置は、他の型の電池、たとえばリチウムイオン電池などの液体電池にも適用できる。

制御装置は、上記電圧差が所定の閾値を超える場合に、第１の所定の下限電圧を、第１の所定の下限電圧より低い第２の所定の下限電圧に置き換えて、電池の放電を再開するようさらに構成されてもよい。好ましくは、制御装置は、この場合に電池の放電中における電池の電圧を測定し、電圧が第２の所定の下限電圧より低い場合、または電池の充電レベルの所定の許容範囲の下限に到達した場合には、電池が完全放電状態であると判定して、所定の閾値をリセットするようさらに構成されてもよい。

このように、所定の下限電圧を下げることによって、放電を適度に継続できる。測定電圧が、所定の下限電圧から下げた後の値を超えたら、放電が停止されてもよい。それよりも前に電池の充電レベル（ＳＯＣ）の所定の許容範囲の下限に到達した場合（たとえば１０％ＳＯＣに到達した場合）にも、放電が停止されてよい。したがって、「完全放電状態である」という記載は、電池が物理的に完全に放電された状態（すなわち０％ＳＯＣ）であることを意味するものではない。電池が物理的に完全に放電された状態は、電池を損なう可能性があるため、回避すべきである。ＳＯＣの許容範囲の下限は、電池の危険な放電や危険な低電圧が生じるリスクを冒すことなく電池が最大限に放電され得るように選択されてもよい。

したがって、制御装置は好ましくは、電池が低電圧になることが回避されるように第２の所定の下限電圧を設定するよう構成されてもよい。ここで注目すべき点は、第１の所定の下限電圧は通常、真に臨界の下限電圧に設定されるのではなく、未劣化の電池が充電レベルの所定の許容範囲の下限に到達するまで放電され得るように選択されるという点である。ゆえに、真に危険な低電圧を引き起こすことなく、この第１の所定の下限電圧をたとえば１０％、１５％、２０％、または３０％下げ得るのである。たとえば、第１の所定の下限電圧は、ＳＯＣの最小値が１０％よりも依然として高く、または２０％よりも依然として高くなると予期されるように下げられてもよい。

制御装置は、上記電圧差が所定の閾値を超えない場合に、電池が完全放電状態であると判定して所定の閾値をリセットするようさらに構成されてもよい。

言い換えると、制御装置は、電池が完全放電状態であるのかそれとも放電の継続が必要であるのかを、上記電圧差に基づいて認識してもよい。以降の記載においてより詳細に示すように、所定の閾値は、電池が放電される度に決定されてもよい。したがって、所定の閾値は放電完了時にリセットされてもよい。

特に、制御装置は、閾値の決定を放電開始前の電池の充電レベルに基づいて実施するよう構成されてもよい。

言い換えると、閾値の決定は、放電開始前または放電開始時に実施されてもよい。放電開始前の電池の充電レベルは１００％ＳＯＣより小さくてもよく、たとえば６０％ＳＯＣでもよい。閾値を決定する際には、上記放電開始前の充電レベル（ＳＯＣ）が考慮されてもよい。というのは、このＳＯＣが、上記求めた電圧差に影響を及ぼす可能性があるためである。すなわち、閾値は電池の内部抵抗に依存し、内部抵抗は電池のＳＯＣに依存する。したがって、ＳＯＣが大きい場合には閾値を低くするのが好ましい。言い換えると、放電開始前のＳＯＣが大きいほど、電池の内部抵抗が小さくなるため、閾値をさらに低くしてもよい。

さらに、または代替的に、閾値の決定は、電池の判定された劣化度に基づいてなされてもよい。

電池の劣化度の判定は、電池の温度／頻度分布および電池の所定の劣化率に基づいてなされてもよい。

電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。
電池の温度／頻度分布は、電池の各温度について、寿命終了までの間に電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。

言い換えると、電池の温度データは、寿命終了までの間、すなわち使用期間中および使用期間と使用期間との間の休止期間中に取得されてもよい。温度／頻度分布は、電池の各温度について、現時点までの間に電池がその温度であった時間の長さを累積することによって確立されてもよい。

好ましくは、制御装置は、電池の電圧を測定するための電圧センサを含んでもよい。この電圧センサは、電池の充電レベルを判定するためにも使用されてよい。代替的には、制御装置は、電池の充電レベルを判定するためのさらなる電圧センサを含んでもよい。

制御装置は、電池の温度を測定するための温度センサを含んでもよい。
本開示は組電池にも関する。組電池は、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、上述の制御装置とを含んでもよい。

本開示は、電池放電システムにも関する。電池放電システムは、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、電池の放電装置と、上述の制御装置とを含んでもよい。

さらなる態様によれば、本開示は、上述したような、電動モータおよび組電池を含む車両に関する。

代替的には、車両は、上述したように、電動モータと、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、さらに制御装置とを含んでもよい。

また本開示は、蓄電池の放電を制御する方法にも関する。この方法は、
電池の放電中における電池の電圧を測定する工程と、
測定電圧が第１の所定の下限電圧より低い場合に放電を停止する工程と、
放電停止後に電池の電圧を測定する工程と、
第１の所定の下限電圧と放電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差を求める工程と、
上記電圧差が所定の閾値を超える場合に放電を継続する工程とを含む。

好ましくは、上記電圧差が所定の閾値を超える場合に、第１の所定の下限電圧が、第１の所定の下限電圧より低い第２の所定の下限電圧に置き換えられてもよく、そして電池の放電が再開されてもよい。また、電池の放電中における電池の電圧が測定されてもよく、電圧が第２の所定の下限電圧より低い場合には、電池が完全放電状態であると判定されてもよく、そして所定の閾値がリセットされてもよい。

第２の下限電圧は、危険である恐れのある電池の低電圧が回避されるように設定されてもよい。

上記電圧差が所定の閾値を超えない場合に、好ましくは電池が完全放電状態であると判定されて、所定の閾値がリセットされてもよい。

閾値の決定は、放電開始前の電池の充電レベルに基づいてなされてもよい。
閾値の決定は、電池の判定された劣化度に基づいてなされてもよい。

電池の劣化度の判定は、電池の温度／頻度分布および電池の所定の劣化率に基づいてなされてもよい。

電池の劣化度の判定は、上記求めた電圧差に基づいてなされてもよい。
電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。

電池の温度／頻度分布は、電池の各温度について、寿命終了までの間に電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。

添付の図面は、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成している。本開示の実施形態を例示するものであり、かつ、本明細書の記載とともに本明細書の基本的な思想を説明するものである。

本開示の一実施形態に係る制御装置を含む車両の概略図である。 本開示の一実施形態に係る一般的な放電制御プロシージャを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係る閾値決定プロシージャを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係る電池劣化度判定プロシージャを示すフローチャートである。 電池の温度に対する所定の劣化率を示す例示的な概略図である。 電池について求められた温度／頻度分布を示す例示的な概略図である。 従来の放電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。 本開示の一実施形態に係る放電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した第１の例示的な概略図である。 本開示の一実施形態に係る放電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した第２の例示的な概略図である。

実施形態の説明
以下に、本開示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その例が添付の図面中に示される。同一または類似の部品や部分を指すために、全ての図面を通して可能な限り同一の参照番号が用いられる。

図１は、本開示の一実施形態に係る制御装置６を含む車両１の概略図である。車両１は、ハイブリッド車または電気自動車（すなわち、電気のみで駆動される自動車）であってもよい。車両１は少なくとも１つの電動モータ４を含み、電動モータ４は、電池または組電池２により、好ましくはインバータ３を介して駆動される。車両がハイブリッド車である場合には、車両は内燃機関をさらに含む。電池２はバイポーラ固体電池であってもよい。電池２は別の型の電池であってもよく、たとえばリチウムイオン電池のような液体型電池であってもよい。

電池２は放電装置５に接続され、放電装置５は電池２を放電するよう構成される。放電装置５は電気制御回路、たとえばパワーエレクトロニクス回路を含んでもよい。放電装置５は電気４に、特にインバータ３を介して接続されてもよい。したがって、電池２は、車両１、特に電動モータ４を動作させるために放電されてもよい。電池２は、さらに、電池処理および／または回収プロシージャにおいても放電されてよい。

放電装置は、電池を充電するようさらに構成されてもよい。この目的のために、放電装置は、外部電源を用いて外部から充電するためのコネクタを含んでもよい、またはこうしたコネクタに接続されていてもよい。コネクタは、たとえばプラグ式または無線式コネクタシステムであってもよい。車両がハイブリッド車である場合には、放電装置５は、車両の内燃機関の発電機にさらに接続されていてもよい。こうして、内燃機関の作動中にかつ／または車両が外部電源に接続されている間に電池２が充電され得る。

車両２は、充放電を制御する目的で、制御装置６およびセンサ７を備える。この目的のために、制御装置６は、センサ７を介して電池２を監視して放電装置５を制御する。制御装置６および／またはセンサ７は、電池２に備わっていてもよい。制御装置は電子制御回路（ＥＣＵ）であってもよい。制御装置はデータ記憶装置をさらに含んでもよい。車両は、スマート電池とスマート充電装置とを備えたスマート電池充電システムを含むこともできる。言い換えると、電池と車両との両方がそれぞれＥＣＵを含み、この２つのＥＣＵが一緒に動作し、一緒になって本発明に係る制御装置を形成してもよい。さらに制御装置６は、電池管理システムを含んでもよい、または電池管理システムの一部であってもよい。

制御装置６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共有プロセッサ、専用プロセッサ、またはグループプロセッサ）、結合論理回路、１つ以上のソフトウェアプログラムを実行するメモリ、および／または上記以外の好適な部品であって、上述した制御装置６の機能性を与える部品を含んでもよい。

センサ７は、電池２の温度を計測するための１つ以上の温度センサ８、電池２の充電レベルを計測するためのＳＯＣ（充電レベル）センサ９、および電池の電圧を計測するための電圧センサ１０を含んでもよい。ＳＯＣセンサ９は電圧センサであってもよく、この電圧センサにより計測された電圧値が電池のＳＯＣを決めるために使用される。この場合、ＳＯＣセンサは電圧センサ１０と同一のセンサであってもよいし、または追加して使用されるセンサであってもよい。言うまでもなく、ＳＯＣセンサ９は、電池のＳＯＣの判定にあたり他の型のセンサをさらに含んでもよく、このことは従来公知である。

図２は、本開示の一実施形態に係る一般的な放電制御プロシージャを示すフローチャートである。制御装置６は、この図２のプロシージャを実施するよう構成される。

工程Ｓ１１において、プロシージャが開始される。開始のトリガは、（たとえば電動モータ４を作動させるために）電池の放電が必要になったと制御装置が判定することによってなされてもよい。また、工程Ｓ１１において閾値ΔＶ_Ｔが決定されてもよい。この決定プロシージャは、以下に、特に図３および図４の文脈で詳細に記載される。

工程Ｓ１２において、電池の放電が開始される。
工程Ｓ１３において、好ましくは放電中に、電池の電圧Ｖ_ｘが計測される。好ましくは継続的に、電圧Ｖ_ｘが監視される。次いで、電池の電圧計測値Ｖ_ｘが第１の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１より低いか否かが判定される。低くなければ、放電が継続される。電池の電圧の計測値Ｖ_ｘが第１の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１より低ければ、上記方法が継続して実行されて工程Ｓ１４へと進む。その結果、電池の電圧Ｖ_ｘは放電中に継続的に下がり、Ｖ_ｘがＶ_ｍｉｎ１を超えると放電が停止される。

第１の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１は好ましくは電池の型に依存し、予備実験により決定される。制御装置は、電池からそれぞれの情報を、たとえば電池のＶ_ｍｉｎ１値または電池のＩＤがあればそのＩＤを直接、受け取ってもよい。後者について、制御装置は、受け取ったＩＤを基に、その特定の電池のＶ_ｍｉｎ１値をデータ記憶装置において検索してもよい。同様のことを、以下に工程Ｓ１７の文脈で説明される第２の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２にも適用できる。さらに注目すべきは、Ｖ_{ｍｉｎ１、}Ｖ_ｍｉｎ２、およびＶ_ｘが好ましくは絶対値（すなわち正値）であることである。

工程Ｓ１４において、少なくとも限られた時間の間だけ、たとえば最長で０．０２秒間、０．０５秒間、０．１秒間、または０．２秒間だけ、放電が停止される。好ましくは、この時間の間、充電も停止されてよい。従来の放電制御プロシージャにおいては、電池が実際には完全放電状態に達していなくても、放電が工程Ｓ１４において最終的に停止される。

工程Ｓ１５において、電池の電圧Ｖ_ｘが再度計測されるが、この計測は、Ｓ１４で放電の中断が開始されたために放電が停止した状態（そして最終的には充電も停止した状態）でなされる。次いで、第１の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１と放電停止後に工程Ｓ１５で計測された電圧Ｖ_ｘとの間の電圧差ΔＶ_ｘが求められる。工程Ｓ１５で計測された電圧Ｖ_ｘは第１の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１よりも常に高いため、ΔＶ_ｘは電圧増分となる。

代替的には、電圧差ΔＶ_ｘは、工程Ｓ１３において放電の最後に、すなわち放電停止直前に計測された電圧Ｖ_ｘと、放電停止後に工程Ｓ１５で計測された電圧Ｖ_ｘとの差であってもよい。

このように電圧が上昇する原因の少なくとも一部は、電池の層劣化である。というのは、劣化により抵抗が増大し、その結果、放電中の電池の電圧が低くなるからである。したがって、電圧上昇量が比較的大きければ層劣化が生じており、この層劣化により、工程Ｓ１３における放電中の電圧の計測値が第１の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１より低くなっている、と判定できる。

工程Ｓ１６において、上記電圧差ΔＶ_ｘが所定の閾値ΔＶ_Ｔを超えるか否かが判定される。超えない場合には、放電が完了したと判定され、その結果、放電が最終的に工程Ｓ１９において停止される。ΔＶ_ｘがΔＶ_Ｔを超える場合には、プロシージャが継続して実行され工程Ｓ１７へと進む。注目すべきは、ΔＶ_ｘおよびΔＶ_Ｔが好ましくは絶対値（すなわち正値）であるということである。

工程Ｓ１７において、第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１が、これより低い第２の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２に置き換えられる。特に、下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１が、所定の電圧量だけ、たとえば０．１Ｖ、０．２Ｖ、０．５Ｖ、１Ｖ、または２Ｖだけ低くされてもよく、これにより、第２の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２が得られる。次いで、放電が再開される。

工程Ｓ１８において、好ましくは放電中に、電池の電圧Ｖ_ｘが計測される（すなわち監視される）。次いで、電池の電圧計測値Ｖ_ｘが第２の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２より低いか否かが判定される。低くなければ、放電が継続される。電池の電圧計測値Ｖ_ｘが第２の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２より低ければ、放電が工程Ｓ１９において最終的に停止される。

好ましくは、放電が最終的に工程Ｓ１９において停止されたときに、第２の所定の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２はリセットされて初期値Ｖ_ｍｉｎ１となる。

図３は、本開示の一実施形態に係る閾値ΔＶ_Ｔ決定プロシージャを示すフローチャートである。

図３のプロシージャは、好ましくは図２のプロシージャとともに開始され、より好ましくは、その工程Ｓ２１〜工程Ｓ２４は図２のプロシージャの工程Ｓ１１において実施される。

工程Ｓ２２において、電池のＳＯＣ（充電レベル）データが判定される。上述したように、この目的のためにＳＯＣセンサ９が使用されてもよい。

工程Ｓ２３において、閾値ΔＶ_Ｔが、ＳＯＣと、現時点で判定された電池の劣化度α_ｘとに基づいて決定される。α_ｘの判定は、以下に図４の文脈で詳細に記載される。こうして決定された閾値ΔＶ_Ｔが、工程Ｓ２４において、図２の工程Ｓ１６で使用される閾値として設定される。

工程Ｓ２５において、放電が最終的に停止されたか否かが監視される。この工程は図２中の工程Ｓ１９に対応する。放電が最終的に停止されている場合には、工程Ｓ２６において閾値ΔＶ_Ｔがリセットされる。このようにして、（図２のプロシージャの実行に対応する）各放電プロシージャの始めに一旦閾値ΔＶ_Ｔが設定され、そして、次の放電プロシージャの開始時には、その時点での電池の劣化度α_ｘとその時点でのＳＯＣとを考慮する目的で、当該次の放電プロシージャで使用する閾値ΔＶ_Ｔが新たに決定される。

図４は、本開示の一実施形態に係る電池劣化度α_ｘ判定プロシージャを示すフローチャートである。このプロシージャは、好ましくは図３の工程Ｓ２３においてまたはこの工程の前に実施され、その結果、現時点での値に更新された劣化度α_ｘに常に基づいて閾値ΔＶ_Ｔが決定される。このような状況において、さらに注目すべきは、判定された劣化度α_ｘが表すのは電池の実際の劣化度の概算であるという点である。

工程Ｓ３２において、電池の温度データが得られる。この目的のために温度センサ８が使用されてもよい。ここで得られたデータは、現時点での電池の温度だけでなく、図４のプロシージャが最後に実施されてからの、特に温度頻度分布Ｔ_ｘが最後に更新されてからの（工程Ｓ３３を参照）、温度履歴データも含んでいてよい。

工程Ｓ３３において、温度頻度分布Ｔ_ｘが確立される、または、温度頻度分布Ｔ_ｘが既にある場合にはこれが更新される。工程Ｓ３２において収集された温度データはこの目的のために累積されたものであり、各計測温度における累積時間がその逆関数として、すなわち頻度として表される。温度頻度分布Ｔ_ｘは、以下に図６の文脈でより詳細に記載される。

工程Ｓ３４において、温度頻度分布Ｔ_ｘと、上記特定の電池型についての所定の劣化率βとに基づいて、電池の劣化度α_ｘが判定される。この判定について、すなわちこの計算については、以下に図５および図６を参照して記載される。

基本的に、劣化度α_ｘの計算はアレニウスの式に基づいてなされ、このことは従来公知である。劣化度α_ｘは以下のように計算される。

式中、
ｔ＝時間
ｃ＝ｌｎ（Ａ）
ｂ＝−（Ｅ／Ｒ）
Ｔ＝温度
したがって、現時点での劣化度α_ｘは累積値、すなわち現時点での劣化度計算値および現時点より以前に計算された劣化度計算値の総計であり、たとえば以下のとおりである。
αｘ１＝α_１＋α_２＋α_３…
式中、

温度Ｔの値および時間ｔの値は、図６中に示される温度頻度分布Ｔ_ｘから得られる。それら以外のパラメータであるｃおよびｂは、劣化率βの決定に関する文脈においてあらかじめ決定される。

劣化率βは下記の等式に基づいて計算される。

式中、
ｋ＝所定の反応速度定数（または速度定数）
Ａ＝定数
Ｅ_ａ＝活性化エネルギー
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
パラメータｋ、Ａ、Ｅａ、およびＲは、使用された電池の電池型に特定して行なった予備実験から既知であるか、または一般に公知のパラメータである。
ｋ⇒βである場合、以下のとおりである。

劣化度α_ｘの計算に用いるパラメータｂおよびｃは、下記のように決定できる。
ｂ＝−（Ｅ／Ｒ）
ｃ＝ｌｎ（Ａ）
得られた劣化率βの図を図５に示す。劣化率βは所定の値であり、また、使用された電池の電池型に特定のものである。劣化率βは好ましくは予備実験において決定され、（スマート電池の場合には）電池について、かつ／または制御装置について既知のものである。

閾値ΔＶ_Ｔは、好ましくはルックアップマップ中の判定された劣化度α_ｘに対し、たとえば、下記の通りマッピングされる。

α_ｘ１⇒ΔＶ_Ｔ１
α_ｘ２⇒ΔＶ_Ｔ２
α_ｘ３⇒ΔＶ_Ｔ３
このΔＶ_Ｔとαｘとの関係は好ましくは予備実験において決定され、使用された電池の電池型に特定のものである。ルックアップマップは、制御装置の、または（スマート電池の場合には）電池のデータ記憶装置に記憶されていてもよい。

好ましくは、ΔＶ_Ｔを決定する際に、電池について判定されたＳＯＣも考慮される。制御装置は、αｘのルックアップマップ中にあるもののようなＳＯＣとΔＶ_Ｔとの関連についての情報も保持していてよい。たとえば、このルックアップマップ中において、ＳＯＣ値の列がさらに追加されてもよい。

図５は、電池の温度に対する所定の劣化率を示す例示的な概略図である。図から分かるように、この図から、パラメータｂおよびｃの値を直接得ることができる。ｂが一次関数の傾きであり、ｃが（縦長の）一次関数とＹ軸との交点である。

図６は、電池について求められた温度／頻度分布を示す例示的な概略図である。図中、Ｘ軸は電池の温度Ｔを表し、Ｙ軸は頻度、すなわち時間の逆関数を表す。図は、電池の寿命全体にわたっての、すなわち電池が使用された全期間および使用期間と使用期間との間の休止期間にかけての累積温度データを含む。図の確立にあたり、すなわち図中の曲線の確立にあたり、寿命終了までの間における電池の各温度について、たとえば−４０℃〜＋６０℃の範囲で（量子化）段階的に１℃間隔で、電池がその温度であった時間の長さが測定される。そして、累積時間はその逆関数、すなわち頻度で表される。

図７は、従来の放電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。図から分かるように、電池の電圧Ｖ_ｘが放電中に下がる、すなわち電池のＳＯＣの減少に伴って下がる。

したがって、連続する直線は劣化していない電池、たとえば新しい電池を表す。ＳＯＣがＳＯＣの許容範囲の下限、たとえば１０％ＳＯＣに到達すると、この電池の電圧の計測値Ｖ_ｘは放電中に第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１に到達する。影響として、放電が完了したという正しい判定がなされ、放電が停止される。したがって、第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１は、従来使用される下限電圧を表す。

破線は、層劣化した電池、たとえば使用された電池を表す。この電池では、層劣化により抵抗が大きくなっているため、放電中における電圧計測値Ｖ_ｘの減少がより急激である。したがって、ＳＯＣが約３５％である時に既に、電圧Ｖ_ｘが（従来の）第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１に到達している。影響として、放電が完了したという、すなわちＳＯＣの許容範囲内において電池が完全に放電されたという誤った判定がなされ、放電が停止される。この誤判定は、図８および図９の文脈で記載される発明によって回避できる。

図８は、本開示の一実施形態に係る放電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した第１の例示的な概略図である。図８は図７と同様のものを例示している。すなわち、劣化していない（新しい）電池と層劣化した（使用された）電池とを例示している。２本の曲線はともに、最初の第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１に到達するまで減少している。破線は、層劣化した電池を表しており、ＳＯＣが約３５％である時に第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１に到達している。

ここで、図２の工程Ｓ１６の文脈で上述したように、放電が完全に停止する前に、電圧差ΔＶ_ｘが所定の閾値ΔＶ_Ｔを超えるか否かが判定される。ΔＶ_ｘがΔＶ_Ｔを超えると判定され層劣化があると認識された場合には、第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１が低くされて、（第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１より低い）第２の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２とされ、放電が継続される。こうして低くされた第２の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２よりも電池の電圧Ｖ_ｘが低くなるまで、放電が継続され得る。図８の例において、ほぼ１７％ＳＯＣに到達するまで、電池はこのようにして放電され得る。したがって、劣化によるエネルギー損失が、従来の放電と比較して、（ＳＯＣの許容範囲の下限が１０％ＳＯＣであると想定した場合に）ほぼ２５％ＳＯＣからほぼ７％ＳＯＣに低減され得る。言うまでもなく、低くされた後の第２の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２も、真に危険な低電圧を回避するのに十分に高い値とされる。

図９は、本開示の一実施形態に係る放電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した第２の例示的な概略図である。図９は、劣化していない（新しい）電池と層劣化した（使用された）電池とを例示している。２本の曲線はともに、最初の第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１に到達するまで減少している。破線は、層劣化した電池を表しており、ＳＯＣが約２８％である時に第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１に到達している。

ここで、図２の工程Ｓ１６の文脈で上述したように、放電が完全に停止する前に、電圧差ΔＶ_ｘが所定の閾値ΔＶ_Ｔを超えるか否かが判定される。ΔＶ_ｘがΔＶ_Ｔを超えると判定され層劣化があると認識された場合には、第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１が低くされて、（第１の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ１より低い）第２の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２とされ、放電が継続される。こうして低くされた第２の下限電圧Ｖ_ｍｉｎ２よりも電池の電圧Ｖ_ｘが低くなるまで、放電が継続され得る。図９の例においては、電池がまず、ＳＯＣの許容範囲の下限（この例ではほぼ１０％ＳＯＣ）に到達している。したがって、この例においては、電池のＳＯＣの許容範囲の下限に到達したために放電が最終的に停止されている。そのため、劣化によるエネルギー損失はない。

請求項を含む本開示全体にわたって、「含む」という用語は、特記しない限り、「少なくとも１つ含む」と同義であるとして理解される。また、本記載中に示される範囲（請求項を含む）はいずれも、特記しない限り、当該範囲の両端の値を含むものとして理解される。記載された要素についての特定の値は、当業者に公知である許容製造公差または工業界における許容公差の範囲内であるものとして理解され、また、「実質的に」および／または「ほぼ」および／または「一般的に」という用語が使用されている箇所では、これらの用語の意味が上記の許容公差の範囲内にあるものとして理解される。

国内、または国際、またはそれら以外の標準化団体が定める標準が参照されている箇所では（たとえばＩＳＯなど）、本明細書の優先日の時点で当該国内または国際標準化団体により定義された標準が参照されることが意図される。優先日以降に当該標準に加えられた実質的な変更によって、本開示および／または請求項の範囲および／または定義が変更されるものではない。

本明細書中の開示は特定の実施形態を参照して記載されたものであるが、これらの実施形態は本開示の思想および用途についての例示を示すのみであることが理解される。

本明細書および実施例は具体例として提示されるのみであり、本開示の真の範囲は以下の請求項により示される。

そのため、層劣化した電池の放電においては、電圧計測値が所定の下限電圧に達するのが早く、制御装置は、電池が完全放電状態になったと誤認識する。実際には電池が完全放電状態に達していない（ＳＯＣの許容範囲の下限に達していない）にもかかわらず、放電が終了することになる。つまり、電池から得られるエネルギーの量が、劣化分散により減少するのである。

電池２は放電装置５に接続され、放電装置５は電池２を放電するよう構成される。放電装置５は電気制御回路、たとえばパワーエレクトロニクス回路を含んでもよい。放電装置５は電動モータ４に、特にインバータ３を介して接続されてもよい。したがって、電池２は、車両１、特に電動モータ４を動作させるために放電されてもよい。電池２は、さらに、電池処理および／または回収プロシージャにおいても放電されてよい。

Claims (22)

1. 蓄電池（２）の放電を制御するための制御装置（６）であって、
   前記制御装置（６）は、
   前記電池（２）の放電中における前記電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定し、
   前記測定電圧（Ｖ_ｘ）が第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）より低い場合に放電を停止し、
   放電停止後に前記電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定し、
   前記第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）と前記測定された放電停止後の前記電池（２）の測定電圧との間の電圧差（ΔＶ_ｘ）を求め、
   前記求めた電圧差（ΔＶ_ｘ）が所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）を超える場合に放電を継続するよう構成される、制御装置（６）。
2. 前記求めた電圧差が前記所定の閾値を超える場合に、
   前記第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）を、前記第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）より低い第２の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ２）に置き換えて、前記電池（２）の放電を再開し、
   前記電池（２）の放電中における前記電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定し、
   前記電圧が前記第２の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ２）より低い場合、または前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ）の所定の許容範囲の下限に到達した場合に、
   前記電池（２）が完全放電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）をリセットするようさらに構成される、請求項１に記載の制御装置（６）。
3. 前記求めた電圧差（ΔＶ_ｘ）が前記所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）を超えない場合に、
   前記電池（２）が完全放電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）をリセットするようさらに構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
4. 放電開始前の前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ）に基づいて前記閾値（ΔＶ_Ｔ）を決定するようさらに構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
5. 前記電池（２）の判定された劣化度（α_ｘ）に基づいて前記閾値（ΔＶ_Ｔ）を決定するようさらに構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
6. 前記電池（２）の温度／頻度分布および前記電池（２）の所定の劣化率（β）に基づいて前記電池（２）の劣化度（α_ｘ）を判定するようさらに構成される、請求項５に記載の制御装置（６）。
7. 前記電池（２）の劣化度（α_ｘ）はアレニウスの式に基づいて判定される請求項５または６に記載の制御装置（６）。
8. 前記電池（２）の各温度について、寿命終了までの間に前記電池（２）がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて、前記電池（２）の温度／頻度分布を求めるようさらに構成される、請求項６または７に記載の制御装置（６）。
9. 前記電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定するための電圧センサ（１０）を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
10. 前記電池（２）の温度（Ｔ）を測定するための温度センサ（８）を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
11. 少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
    先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む組電池（２）。
12. 少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
    前記電池（２）のための放電装置（５）と、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む電池放電システム。
13. 電動モータ（４）と、
    請求項１１に記載の組電池とを含む車両（１）。
14. 電動モータ（４）と、
    少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む車両（１）。
15. 蓄電池（２）の放電を制御する方法であって、
    前記電池の放電中における前記電池の電圧（Ｖ_ｘ）を測定する工程と、
    前記測定電圧（Ｖ_ｘ）が第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍａｘ）より低い場合に放電を停止する工程と、
    放電停止後に前記電池の電圧（Ｖ_ｘ）を測定する工程と、
    前記第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）と前記測定された放電停止後の前記電池（２）の測定電圧との間の電圧差（ΔＶ_ｘ）を求める工程と、
    前記求めた電圧差（ΔＶ_ｘ）が所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）を超える場合に放電を継続する工程とを含む、方法。
16. 前記求めた電圧差が前記所定の閾値を超える場合に、
    前記第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）を、前記第１の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ１）より低い第２の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ２）に置き換えて、前記電池（２）の放電を再開する工程と、
    前記電池（２）の放電中における前記電池（２）の電圧（Ｖ_ｘ）を測定する工程と、
    前記電圧が前記第２の所定の下限電圧（Ｖ_ｍｉｎ２）より低い場合、または前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ）の所定の許容範囲の下限に到達した場合に、
    前記電池（２）が完全放電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）をリセットする工程とをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記求めた電圧差（ΔＶ_ｘ）が前記所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）を超えない場合に、
    前記電池（２）が完全放電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶ_Ｔ）をリセットする工程をさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記閾値（ΔＶ_Ｔ）は放電開始前の前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ）に基づいて決定される、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記閾値（ΔＶ_Ｔ）は前記電池（２）の判定された劣化度（α_ｘ）に基づいて決定される請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記電池（２）の劣化度（α_ｘ）は前記電池（２）の温度／頻度分布および前記電池（２）の所定の劣化率（β）に基づいて判定される請求項１９に記載の方法。
21. 前記電池（２）の劣化度（α_ｘ）はアレニウスの式に基づいて判定される請求項１９または２０に記載の方法。
22. 前記電池（２）の温度／頻度分布は、前記電池（２）の各温度について、寿命終了までの間に前記電池（２）がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて求められる、請求項２０または２１に記載の方法。

Images