JP2020114066A - 二次電池の充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の充電中又は放電中における電池抵抗の上昇（ひいては、それに伴う発熱量の上昇）を抑制する。【解決手段】二次電池の充放電制御装置が、二次電池の充電中（又は、放電中）に、その充電（又は、放電）の開始時点からの電池抵抗の上昇量を示す抵抗上昇指標を取得し、その抵抗上昇指標によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準を超えたときには、第１の充電／放電切替えを行ない、第１の充電／放電切替え後に、抵抗上昇指標を取得し、その抵抗上昇指標によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準よりも小さい第２水準を下回ったときには、第２の充電／放電切替えを行なうように構成される。【選択図】図６

Description

本開示は、二次電池の充放電制御装置に関する。

たとえば、特開２０１１−１２７９５８号公報（特許文献１）には、二次電池の充電状態を推定し、推定された充電状態を用いて充電制御を行なう二次電池の充放電制御装置が開示されている。

特開２０１１−１２７９５８号公報

二次電池（以下、単に「電池」とも称する）の充電又は放電が継続的に行なわれると、電池内部の電気抵抗（以下、単に「電池抵抗」とも称する）が上昇し、電池の発熱量が大きくなる。電池を流れる電流（以下、「電池電流」とも称する）をＩ、電池抵抗をＲと表す場合、電池の発熱量ΔＨは「ΔＨ＝Ｉ^２×Ｒ」のように表すことができる。電池の発熱量が大きくなると、エネルギー損失が大きくなり、充電又は放電におけるエネルギー効率が低下する。また、電池の発熱量が大きくなると、電池の温度が上昇する。そして、電池の温度が所定温度よりも高くなると、電池を保護するために電池の入出力を制限する制御（以下、単に「入出力制限」とも称する）が行なわれる。こうした入出力制限の実行頻度が高くなると、電池を効率良く充電したり、電池の電力を効率良く利用（放電）したりすることが難しくなる。たとえば、電池の入力が制限されているときには、電池へ供給できるエネルギー（たとえば、回生電力）があっても電池を充電できなくなり、充電効率が低下する。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池の充電中又は放電中における電池抵抗の上昇（ひいては、それに伴う発熱量の上昇）を抑制することである。

本開示における二次電池の充放電制御装置（以下、「電池制御装置」とも称する）は、二次電池の充電中又は放電中に、その充電又は放電の開始時点からの電池抵抗の上昇量を示す指標（以下、「抵抗上昇指標」とも称する）を取得し、その抵抗上昇指標によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準を超えたときには、第１の充電／放電切替えを行ない、第１の充電／放電切替え後に、抵抗上昇指標を取得し、その抵抗上昇指標によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準よりも小さい第２水準を下回ったときには、第２の充電／放電切替えを行なうように構成される。

本願発明者は、二次電池の充電中又は放電中における電池抵抗の上昇が主に分極に起因して生じることに着眼し、上記構成を有する電池制御装置によって、二次電池の充電中又は放電中における電池抵抗の上昇を抑制できることを見出した。上記第１の充電／放電切替え前の期間（以下、「第１期間」とも称する）と、第１の充電／放電切替えが行なわれてから第２の充電／放電切替えが行なわれるまでの期間（以下、「第２期間」）とでは、電池電流の向きが逆になる。上記電池制御装置では、第１期間で分極が生じ、第２期間で分極が緩和されると考えられる。長時間同じ方向に電池電流を流すと、電池内部における、電解質の濃度むら（たとえば、電解液中の電解質の濃度むら）、活物質の濃度むら、及び電極への物質付着などによって、電池内部の電荷分布に偏り（分極）が生じやすくなると考えられる。こうして生じた電荷分布の偏りは、偏りを生じさせた電池電流とは逆向きの電池電流を流すことによって緩和される。これは、逆向きの電池電流を流すことによって、上記電解質の濃度むらなどが緩和されるためであると考えられる。第２期間においては、第１期間で生じた分極が緩和され、電池抵抗が低下する。

上記電池制御装置では、二次電池の充電中又は放電中に、その充電又は放電の開始時点からの電池抵抗の上昇量（以下、単に「抵抗上昇量」とも称する）が第１水準を超えたときに、実行中の充電又は放電が第１の充電／放電切替えによって中断される。充電／放電が切り替わることによって逆方向の電池電流が流れ、電池抵抗が低下する。抵抗上昇量が第２水準を下回ったら、中断した充電又は放電が第２の充電／放電切替えによって再開される。第２水準は、第１水準よりも小さい。第１水準に対して第２水準を十分小さく設定することによって、上記再開後に短時間で抵抗上昇量が第１水準に到達することを避けることができる。このように、上記電池制御装置によれば、二次電池の充電中又は放電中における電池抵抗の上昇（ひいては、それに伴う発熱量の上昇）を抑制することが可能になる。

第１の充電／放電切替え前に取得される抵抗上昇指標と、第１の充電／放電切替え後に取得される抵抗上昇指標とは、同じものでもよいし、異なるものでもよい。抵抗上昇指標は、電池抵抗、又は電池抵抗に相関するパラメータ（たとえば、電解質の濃度むら、活物質の濃度むら、又は電池温度）であってもよい。予め充電又は放電の開始時点における電池抵抗を測定しておくことで、現在の電池抵抗値から抵抗上昇量を求めることができる。また、抵抗上昇指標は、抵抗上昇量が第１水準を超えたとき（又は、抵抗上昇量が第２水準を下回ったとき）に起こる現象の有無であってもよい。

上記電池制御装置は、二次電池の充電を行なう場合に、二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）が所定値以上になるまで、第１の充電／放電切替え（すなわち、充電から放電への切替え）と第２の充電／放電切替え（すなわち、放電から充電への切替え）とを交互に繰り返し行なうように構成されてもよい。こうした制御によれば、電池抵抗の上昇を、第１水準と同程度の電池抵抗までに抑えることが可能になる。

なお、長時間の充電によって上昇した電池抵抗を放電によって元の電池抵抗に戻す場合には、抵抗上昇を生じさせる充電量よりも抵抗下降を生じさせる放電量のほうが少なくなる傾向がある。第１期間において充電した電力の一部は第２期間において放電されることになるものの、第１期間及び第２期間が繰り返されるにつれて二次電池のＳＯＣは高くなっていく。たとえば、２回目の第１期間が終了する時には、前回（１回目）の第１期間が終了する時よりも、二次電池のＳＯＣは高くなる。

上記電池制御装置は、放電要求（たとえば、車両の走行制御における走行用モータへの放電要求）に応じて二次電池の放電を行なう場合に、放電要求がなくなるまで、第１の充電／放電切替え（すなわち、放電から充電への切替え）と第２の充電／放電切替え（すなわち、充電から放電への切替え）とを交互に繰り返し行なうように構成されてもよい。こうした制御によれば、電池抵抗の上昇を、第１水準と同程度の電池抵抗までに抑えることが可能になる。なお、第２期間においては、たとえば、車両のエンジンから出力される動力を利用して発電された電力によって二次電池が充電されてもよい。

第２期間における電池電流を第１期間における電池電流よりも小さくしてもよい。こうすることで、第２期間において電池抵抗を低下させるために流す電気量（充電量又は放電量）を低減しやすくなる。

本開示によれば、二次電池の充電中又は放電中における電池抵抗の上昇（ひいては、それに伴う発熱量の上昇）を抑制することが可能になる。

本開示の実施の形態に係る二次電池の充放電制御装置が搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。 図１に示した車両のインレットに充電ケーブルのコネクタが接続された状態を示す図である。 ＳＯＣ−ＯＣＶ対応情報の一例を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る二次電池の充放電制御装置により実行される外部充電制御の処理手順を示すフローチャートである。 図４に示した外部充電制御において実行される分極解消のための放電制御の処理手順を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態１に係る二次電池の充放電制御装置の動作の一例を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る二次電池の充放電制御装置により実行されるＥＶ走行中の放電制御の処理手順を示すフローチャートである。 図７に示した放電制御において実行される分極解消のための充電制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下では、この実施の形態に係る二次電池の充放電制御装置（電池制御装置）がプラグインハイブリッド車に適用される例について説明する。しかし、電池制御装置の適用対象は、プラグインハイブリッド車に限定されず、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよい。

［実施の形態１］
図１は、この実施の形態に係る電池制御装置が搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。

図１を参照して、車両１は、モータジェネレータ（以下、「ＭＧ（Motor Generator）」と称する）１１，１２と、エンジン２０と、駆動輪３０と、動力分割装置３１と、駆動軸３２と、電力制御ユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する）４０と、充電システム２とを備える。

充電システム２は、システムメインリレー（以下、「ＳＭＲ（System Main Relay）」と称する）５０と、充電リレー６０と、充電ユニット７０と、インレット８０と、バッテリ１００と、監視ユニット１０１と、放電リレー１１０と、電気負荷１２０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する）３００とを備える。この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、本開示に係る「二次電池の充放電制御装置」の一例に相当する。

インレット８０は、充電ケーブルのコネクタが接続可能に構成される。図２は、充電ケーブル５１０のコネクタ５２０と車両１のインレット８０とが接続された状態を示す図である。

図２を参照して、インレット８０は、充電ケーブル５１０を介して、たとえば普通充電器又は急速充電器のような充電スタンド５００と接続される。充電ケーブル５１０は、先端にコネクタ５２０を備え、内部に信号線と電力線とを含む。充電スタンド５００につながれた充電ケーブル５１０のコネクタ５２０が車両１のインレット８０に接続されることで、充電スタンド５００の電源５０１（すなわち、車両１の外部に設けられた電源）から充電ケーブル５１０を通じて車両１に電力を供給することが可能になる。車両１と充電スタンド５００とは、充電ケーブル５１０を介して通信可能に接続される。

充電ユニット７０は、インレット８０に入力される電力に所定の処理を行なう回路（図示せず）を含む。充電ユニット７０は、電力変換回路を含んでもよいし、フィルタ回路を含んでもよい。こうした回路の処理により、バッテリ１００の充電に適した電力（直流電力）が、充電ユニット７０からバッテリ１００へ出力される。これにより、バッテリ１００が充電される。以下、車両外部から供給される電力によってバッテリ１００を充電することを、「外部充電」と称する。

再び図１を参照して、ＥＣＵ３００は、演算装置３０１及び記憶装置３０２を含んで構成される。演算装置３０１としては、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を採用できる。記憶装置３０２は、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、各種情報を保存するストレージ（たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及び書き換え可能な不揮発性メモリ）とを含む。記憶装置３０２のストレージには、各種制御で用いられるプログラムのほか、プログラムで使用される各種パラメータも予め格納されている。記憶装置３０２に記憶されているプログラムを演算装置３０１が実行することで、各種制御が実行される。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

バッテリ１００は、二次電池を含んで構成される。二次電池の種類は限定されないが、この実施の形態では、以下に説明するような構成を有する電解液式リチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」とも称する）を採用する。

電池は、たとえば角型のケースの内部に電極体が収容されて構成される。電極体は、正極と負極とがセパレータを介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電解液は、正極、負極、及びセパレータ等に保持されている。

正極は、正極集電体（たとえば、アルミニウム箔）と、正極活物質層とを含む。正極活物質、バインダ、及び導電助剤を含有する正極合材を正極集電体の表面に塗工することにより、正極集電体の両面に正極活物質層を形成することができる。また、負極は、負極集電体（たとえば、銅箔）と、負極活物質層とを含む。負極活物質、バインダ、及び導電助剤を含有する負極合材を負極集電体の表面に塗工することにより、負極集電体の両面に負極活物質層を形成することができる。

正極活物質は、たとえばリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物（コバルト酸リチウムの一部がニッケル及びマンガンにより置換された三元系の材料）である。負極活物質は、たとえば炭素系材料（たとえば、グラファイト）である。セパレータは、たとえばポリエチレン又はポリプロピレンのようなポリオレフィンである。電解液は、たとえば、有機溶媒とリチウム塩（たとえば、ＬｉＰＦ_６）と添加剤とを含む溶液である。有機溶媒の例としては、ＤＭＣ（dimethyl carbonate)とＥＭＣ（ethyl methyl carbonate)とＥＣ（ethylene carbonate)との混合溶媒が挙げられる。添加剤の例としては、ＬｉＢＯＢ（lithium bis(oxalate)borate）、Ｌｉ［ＰＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）_２］が挙げられる。

なお、リチウムイオン二次電池の構成は適宜変更可能である。正極、負極、セパレータ、及び電解液には、それぞれリチウムイオン二次電池の正極、負極、セパレータ、及び電解液として公知の材料を用いることができる。角型のケースに代えて、円筒型又はラミネート型のケースを採用してもよい。電極体は、捲回構造ではなく積層構造を有するものであってもよい。リチウムイオン二次電池は全固体電池であってもよい。電解液に代えて、ポリマー系電解質を用いてもよいし、無機系固体電解質（たとえば、酸化物系又は硫化物系）を用いてもよい。

監視ユニット１０１は、バッテリ１００の状態を監視するように構成される。監視ユニット１０１は、バッテリ１００の状態（たとえば、温度、電流、及び端子間電圧）を検出する各種センサを含み、検出結果をＥＣＵ３００へ出力する。ＥＣＵ３００は、監視ユニット１０１の出力（各種センサの検出値）に基づいてバッテリ１００の状態（たとえば、電池温度、電池電流、電池電圧、ＳＯＣ、及び電池抵抗）を取得することができる。

記憶装置３０２には、バッテリ１００のＳＯＣと開放電圧（以下、「ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）」と称する）との関係を示す情報（以下、「ＳＯＣ−ＯＣＶ対応情報」と称する）が、予め実験等によって求められて記憶されている。図３は、ＳＯＣ−ＯＣＶ対応情報の一例を示す図である。図３を参照して、ＳＯＣが高くなるほどＯＣＶも高くなる傾向がある。

再び図１を参照して、ＳＭＲ５０及び放電リレー１１０が遮断状態（ＯＦＦ状態）であるとき（たとえば、ＥＣＵ３００の起動直後）に、演算装置３０１は、監視ユニット１０１の電圧センサによりバッテリ１００のＯＣＶ（以下、「初期ＯＣＶ」とも称する）を測定し、記憶装置３０２に保存する。また、演算装置３０１は、ＳＯＣ−ＯＣＶ対応情報を参照して、初期ＯＣＶに対応するＳＯＣ（以下、「初期ＳＯＣ」とも称する）を取得し、記憶装置３０２に保存する。バッテリ１００のＳＯＣは、充電及び放電によって変化する。演算装置３０１は、監視ユニット１０１の電流センサにより測定される電池電流の積算値によってＳＯＣの増減を検出することができる。電池電流の推移は、記憶装置３０２に保存される。演算装置３０１は、初期ＳＯＣと、電池電流の推移（ひいては、電池電流の積算値）とを用いて、リアルタイムでバッテリ１００の現在のＳＯＣ（以下、「現在ＳＯＣ」とも称する）を求めることができる。

バッテリ１００は、放電リレー１１０を介して電気負荷１２０と電気的に接続されている。バッテリ１００に過剰な電力が供給されるときに、放電リレー１１０を接続状態（ＯＮ状態）にすることで、バッテリ１００から電気負荷１２０に電力を供給して過剰な電力を電気負荷１２０で消費することができる。放電リレー１１０の状態（接続／遮断）は、ＥＣＵ３００によって制御される。ＥＣＵ３００は、任意のタイミングで放電リレー１１０を接続状態にして、バッテリ１００の放電を行なうことができる。

電気負荷１２０としては、たとえば抵抗器を採用できる。抵抗器に供給される電力は、熱エネルギーに変換されて放散する。なお、バッテリ１００は放電リレー１１０を介して他の蓄電装置に接続され、過剰な電力を他の蓄電装置に供給するように構成されてもよい。他の蓄電装置の例としては、車両１に搭載されるサブバッテリ（たとえば、図示しない補機バッテリ）、又は車両外部の蓄電装置（たとえば、充電スタンド５００が備える蓄電装置）が挙げられる。

ＳＭＲ５０は、バッテリ１００とＰＣＵ４０とを結ぶ電流経路に設けられている。ＳＭＲ５０の状態（接続／遮断）は、ＥＣＵ３００によって制御される。ＳＭＲ５０が接続状態（ＯＮ状態）であるときにはバッテリ１００とＰＣＵ４０との間で電力の授受を行なうことが可能になり、ＳＭＲ５０が遮断状態（ＯＦＦ状態）であるときにはバッテリ１００とＰＣＵ４０との間で電力の授受を行なうことができなくなる。

充電リレー６０は、バッテリ１００とＰＣＵ４０とを結ぶ電流経路から分岐して充電ユニット７０に接続される電流経路に設けられている。充電リレー６０の状態（接続／遮断）は、ＥＣＵ３００によって制御される。充電リレー６０が遮断状態（ＯＦＦ状態）であるときには、インレット８０からバッテリ１００までの充電経路は遮断される。充電リレー６０が接続状態（ＯＮ状態）であるときには、インレット８０からＳＭＲ５０までの電力の供給が可能になる。そして、充電リレー６０に加えてＳＭＲ５０も接続状態（ＯＮ状態）であるときには、上記の充電経路が接続され、インレット８０からバッテリ１００への電力の供給が可能になる。

ＰＣＵ４０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に従って、バッテリ１００とＭＧ１１，１２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ４０は、ＭＧ１１，１２の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ１１を発電状態にしつつ、ＭＧ１２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ４０は、たとえば、ＭＧ１１，１２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をバッテリ１００の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。

ＭＧ１１，１２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ１１は、主として、エンジン２０により駆動される発電機として動作する。エンジン２０の駆動力は動力分割装置３１を経由してＭＧ１１に伝達される。ＭＧ１１が発電した電力は、ＰＣＵ４０を介してＭＧ１２及びバッテリ１００の少なくとも一方に供給される。ＭＧ１１は、エンジン２０から出力される動力（たとえば、出力軸の回転力）を利用して発電（以下、「エンジン発電」とも称する）を行ない、発電された電力をバッテリ１００（ひいては、二次電池）に供給することができる。

ＭＧ１２は、駆動軸３２（ひいては、駆動輪３０）に機械的に接続されている。ＭＧ１２は、バッテリ１００からの電力とＭＧ１１の発電電力との少なくとも一方によって駆動されることによって、力行状態になる。力行状態のＭＧ１２は、電動機として動作し、駆動軸３２（ひいては、駆動輪３０）を回転させる。ＭＧ１２によって駆動輪３０が駆動されることで、車両１が電動走行を行なうようになる。車両１の減速時及び制動時には、ＭＧ１２は、発電状態になり、回生発電を行なう。ＭＧ１２の回生発電によって回生電力が生成される。ＭＧ１２が発電した回生電力は、ＰＣＵ４０を介してバッテリ１００に供給される。ＰＣＵ４０から供給される回生電力によって、バッテリ１００は回生充電される。

エンジン２０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストン又はロータのような運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。エンジン２０は、ＥＣＵ３００によって制御される。動力分割装置３１は、たとえば、サンギヤ、キャリア、及びリングギヤを含む遊星歯車機構を備える。動力分割装置３１は、エンジン２０から出力される動力を、ＭＧ１１を駆動する動力と、駆動輪３０を駆動する動力とに分割するように構成される。

ＥＣＵ３００は、以下に説明する２種類の走行モード（ＥＶモード及びＨＶモード）で車両１を走行させる。ＥＶモードは、バッテリ１００の電力を用いて電動機（たとえば、ＭＧ１２）のみで車両１を走行させる走行モードである。ＨＶモードは、エンジン２０とＭＧ１２とを併用して車両１を走行させる走行モードである。ＥＣＵ３００は、バッテリ１００の状態（たとえば、ＳＯＣ）及び車両１の走行状態（たとえば、車速及び負荷）に基づいて、ＥＶモードとＨＶモードとを切り替えるように構成される。ＥＣＵ３００は、バッテリ１００のＳＯＣが十分大きい場合には、主にＥＶモードで車両１を走行させる。ただし、車両１の走行負荷が大きい場合（たとえば、急加速時及び登坂路走行時）には、ＥＣＵ３００はＨＶモードで車両１を走行させる。なお、ユーザが手動でＥＶモードとＨＶモードとを切り替えることができるようにしてもよい。

ＥＣＵ３００は、上記ＥＶモード及びＨＶモードの各々において、各種センサの出力を用いて把握される車両１の状態（車速、エンジン回転速度、アクセル操作量等）に基づいて要求電流を求めて、得られた要求電流を用いてバッテリ１００の入出力電流（充電電流及び放電電流）を制御している。要求電流は、電流制限がなされていないときのバッテリ１００の入出力電流である。充電電流が制限されていない場合には、要求電流どおりの充電電流がバッテリ１００に供給される。要求電流が所定の充電制限値を超える場合には、ＥＣＵ３００は、充電制限値を超えないように充電電流を制限する。以下、こうした充電制限値による充電電流の制限を、「入力制限」とも称する。この実施の形態では、バッテリ１００の温度が高くなるほど入力制限が厳しくなる（すなわち、充電制限値が低くなる）ように、充電制限値が設定される。ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ４０を制御してＭＧ１２による回生発電を制限することで、回生電力（ひいては、充電電流）を制限することができる。

ところで、電池の充電が継続的に行なわれると、電池内部の電気抵抗が上昇し、電池の発熱量が大きくなる。電池の発熱量が大きくなると、エネルギー損失が大きくなり、エネルギー効率が低下する。また、電池の発熱量が大きくなると、電池の温度が上昇する。そして、電池の温度が所定温度よりも高くなると、上記の入力制限が行なわれる。こうした入力制限の実行頻度が高くなると、電池を効率良く充電することが難しくなる。

本願発明者は、二次電池の充電中における電池抵抗の上昇が主に分極に起因して生じることに着眼し、以下に説明するＥＣＵ３００によって、二次電池の充電中における電池抵抗の上昇を抑制できることを見出した。この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、バッテリ１００（ひいては、二次電池）の充電中に、その充電の開始時点からの電池抵抗の上昇量を示す指標（以下、「指標Ｘ１１」とも称する）を取得し、指標Ｘ１１によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準を超えたときには、第１の充電／放電切替えを行ない、第１の充電／放電切替え後に、再び指標Ｘ１１を取得し、指標Ｘ１１によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準よりも小さい第２水準を下回ったときには、第２の充電／放電切替えを行なうように構成される。

図４は、実施の形態１に係るＥＣＵ３００により実行される外部充電制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、充電スタンド５００（たとえば、急速充電器）によるバッテリ１００の外部充電が開始されたときに実行される。たとえば、ユーザが車両１を充電可能な状態にして、充電スタンド５００に対して所定のユーザ操作（開始操作）を行なうと、充電スタンド５００によってバッテリ１００の外部充電が開始される。ユーザは、たとえば、車両１を充電スタンド５００の近くに駐車した後、充電スタンド５００につながれた充電ケーブル５１０のコネクタ５２０を車両１のインレット８０に接続することによって、車両１を充電可能な状態にすることができる。

図４を参照して、ステップ（以下、単に「Ｓ」とも表記する）１１では、ＥＣＵ３００が、充電開始時の電池抵抗値（以下、「充電開始抵抗値」とも称する）を示す指標Ｘ１０を取得する。この実施の形態では、指標Ｘ１０として、電池抵抗値（より特定的には、充電開始抵抗値）そのものを採用する。ＥＣＵ３００は、たとえば以下に説明する方法によってバッテリ１００の電池抵抗値を取得することができる。

記憶装置３０２には、バッテリ１００のＯＣＶと電池抵抗Ｒと電池電流Ｉと閉路電圧（以下、「ＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）」と称する）との関係を示す情報（たとえば、下記数式（１））が記憶されている。数式（１）中のＶ_ＯＣＶ、Ｖ_ＣＣＶはそれぞれバッテリ１００のＯＣＶ、ＣＣＶを示している。

Ｖ_ＣＣＶ＝Ｖ_ＯＣＶ−（Ｉ×Ｒ） …（１）
ＥＣＵ３００は、初期ＳＯＣと電池電流の積算値とに基づいてバッテリ１００の現在ＳＯＣを取得し、前述したＳＯＣ−ＯＣＶ対応情報（図３参照）を参照して、現在ＳＯＣに対応するＯＣＶ（以下、「現在ＯＣＶ」とも称する）を取得する。また、ＥＣＵ３００は、監視ユニット１０１の電圧センサ、電流センサによりそれぞれ測定される現在のＣＣＶ（以下、「現在ＣＣＶ」と称する）、現在の電池電流（以下、「現在電流」と称する）を取得する。ＥＣＵ３００は、上記のようにして得た現在ＯＣＶ、現在ＣＣＶ、現在電流をそれぞれ、数式（１）中のＶ_ＯＣＶ、Ｖ_ＣＣＶ、Ｉに代入することで、バッテリ１００の現在の電池抵抗値（Ｒ）を求めることができる。なお、数式（１）中の「Ｉ」の符号は、放電側が正、充電側が負である。詳細は後述するが、指標Ｘ１０としては電池抵抗値以外の指標も採用可能である。

Ｓ１２では、ＥＣＵ３００が、ＳＭＲ５０及び充電リレー６０をＯＮ状態（接続状態）にして、バッテリ１００の充電を実行する。これにより、バッテリ１００の外部充電が実行される。外部充電の実行中には、充電スタンド５００から充電ケーブル５１０を通じて車両１（ひいては、バッテリ１００）に電力が供給される。

続けて、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３において、所定の完了条件が成立したか否かを判断し、充電中に完了条件が成立した場合（すなわち、充電が正常に完了した場合）には、実行中の充電を停止させて、充電を終了させる。完了条件は任意に設定できる。この実施の形態では、充電中にバッテリ１００のＳＯＣが所定のＳＯＣ値以上になった場合に完了条件が成立する。ただしこれに限られず、完了条件は、充電中にユーザから充電停止の指示があった場合に成立してもよい。

上記完了条件が成立すると（Ｓ１３にてＹＥＳ）、処理がＳ１６へ進む。ＥＣＵ３００は、Ｓ１６において、ＳＭＲ５０及び充電リレー６０をＯＦＦ状態（遮断状態）にして、バッテリ１００の充電を終了させる。これにより、図４の一連の処理は終了する。

他方、上記完了条件が成立しない場合（Ｓ１３にてＮＯ）には、処理がＳ１４へ進む。ＥＣＵ３００は、Ｓ１４において、抵抗上昇量（すなわち、充電開始時点からの電池抵抗の上昇量）を示す指標Ｘ１１を取得する。この実施の形態では、指標Ｘ１１として、抵抗上昇量そのものを採用する。ＥＣＵ３００は、たとえば、前述の方法（Ｓ１１参照）で現在の電池抵抗値（以下、「現在抵抗値」とも称する）を取得し、この現在抵抗値から充電開始抵抗値（Ｓ１１）を減算することによって、抵抗上昇量を取得することができる。指標Ｘ１１は「抵抗上昇指標」の一例に相当する。詳細は後述するが、指標Ｘ１１としては抵抗上昇量以外の指標も採用可能である。

Ｓ１４の処理後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５において、指標Ｘ１１によって示される抵抗上昇量が閾値ΔＲ１を超えているか否かを判断する。閾値ΔＲ１は、第１水準を示す閾値である。閾値ΔＲ１は、たとえば、充電開始抵抗値の５０％に設定される。すなわち、現在抵抗値が充電開始抵抗値の１．５倍を超えると、Ｓ１５においてＹＥＳと判断される。

指標Ｘ１１によって示される抵抗上昇量が第１水準（閾値ΔＲ１）を超えていない場合（Ｓ１５にてＮＯ）には、処理がＳ１２に戻り、バッテリ１００の外部充電が続行される。Ｓ１２及びＳ１５の両方でＮＯと判断されている期間は、Ｓ１２〜Ｓ１５の処理が繰り返される。この期間は「第１期間」の一例に相当する。そして、上記抵抗上昇量が第１水準（閾値ΔＲ１）を超えると、ＥＣＵ３００は、Ｓ２０において、分極解消のための放電制御を実行する。図５は、図４に示した外部充電制御において実行される分極解消のための放電制御の処理手順を示すフローチャートである。

図５を参照して、Ｓ２１では、ＥＣＵ３００が、放電リレー１１０をＯＮ状態（接続状態）にして、バッテリ１００の放電を実行する。バッテリ１００から放出される電力は、電気負荷１２０に入力され、電気負荷１２０で消費される。Ｓ２１の処理により、充電から放電への切替えが行なわれる。この処理は、本開示に係る「第１の充電／放電切替え」の一例に相当する。

Ｓ２１の処理後、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２において、Ｓ１４と同様にして指標Ｘ１１を取得する。続けて、ＥＣＵ３００は、Ｓ２３において、指標Ｘ１１によって示される抵抗上昇量が閾値ΔＲ２を下回ったか否かを判断する。閾値ΔＲ２は、第２水準を示す閾値である。閾値ΔＲ２は、閾値ΔＲ１よりも小さい。閾値ΔＲ２は、たとえば、充電開始抵抗値の１０％に設定される。すなわち、現在抵抗値が充電開始抵抗値の１．１倍を下回ると、Ｓ２３においてＹＥＳと判断される。

上記抵抗上昇量が第２水準（閾値ΔＲ２）を下回っていない場合（Ｓ２３にてＮＯ）には、処理がＳ２１に戻り、バッテリ１００の放電が続行される。この実施の形態では、放電中の電池電流の大きさ（絶対値）を外部充電中の電池電流の大きさ（絶対値）よりも小さくする。Ｓ２３でＮＯと判断されている期間は、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理が繰り返される。この期間は「第２期間」の一例に相当する。そして、上記抵抗上昇量が第２水準（閾値ΔＲ２）を下回ると（Ｓ２３にてＹＥＳ）、処理が図４のＳ１１に戻る。その後、図４のＳ１２で、外部充電が実行される。Ｓ１２の処理により、放電から充電への切替えが行なわれる。この処理は、本開示に係る「第２の充電／放電切替え」の一例に相当する。

上記のように、この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、バッテリ１００（ひいては、二次電池）の充電中に、指標Ｘ１１を取得し（図４のＳ１４）、指標Ｘ１１によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準（閾値ΔＲ１）を超えたとき（図４のＳ１５にてＹＥＳ）には、第１の充電／放電切替えを行ない（図５のＳ２１）、第１の充電／放電切替え後に、指標Ｘ１１を取得し（図５のＳ２２）、指標Ｘ１１によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準よりも小さい第２水準（閾値ΔＲ２）を下回ったとき（図５のＳ２３にてＹＥＳ）には、第２の充電／放電切替えを行なう（図４のＳ１２）。

図６は、この実施の形態に係るＥＣＵ３００の動作の一例を示す図である。図６において、線Ｌ１１〜Ｌ１４は電池電流（より特定的には、バッテリ１００に含まれる二次電池に流れる電流）を、線Ｌ２０は電池電圧（より特定的には、バッテリ１００に含まれる二次電池のＣＣＶ）を、線Ｌ３０は電池抵抗（より特定的には、バッテリ１００に含まれる二次電池の内部抵抗）を示している。また、線Ｌ３１は充電開始抵抗値を示している。

図６を参照して、タイミングｔ１１前の期間では、線Ｌ１１及びＬ２０で示されるように、バッテリ１００の充電も放電も行なわれていない。その後、線Ｌ１２及びＬ２０で示されるように、タイミングｔ１１でバッテリ１００の外部充電（たとえば、急速充電）が開始される。これにより、前述の図４の処理が実行される。

第１期間（すなわち、タイミングｔ１１〜ｔ１２の期間）では、バッテリ１００の外部充電が継続的に行なわれる（図４のＳ１２）。線Ｌ３０で示されるように、第１期間においてはバッテリ１００の電池抵抗（すなわち、電池内部の電気抵抗）が上昇する。そして、タイミングｔ１２でバッテリ１００の抵抗上昇量（すなわち、充電開始時点からの電池抵抗の上昇量）が閾値ΔＲ１を超えると（図４のＳ１５にてＹＥＳ）、線Ｌ１３及びＬ２０で示されるように、第１の充電／放電切替え（すなわち、充電から放電への切替え）が行なわれ（図５のＳ２１）、外部充電が中断される。

第２期間（すなわち、タイミングｔ１２〜ｔ１３の期間）では、バッテリ１００の放電が継続的に行なわれる。線Ｌ１２及びＬ１３で示されるように、第１期間と第２期間とでは電池電流の向きが逆になる。長時間同じ方向に電池電流を流すと、電池内部における、電解質の濃度むら（たとえば、電解液中の電解質の濃度むら）、活物質の濃度むら、及び電極への物質付着などによって、電池内部の電荷分布に偏り（分極）が生じやすくなると考えられる。こうして生じた電荷分布の偏りは、偏りを生じさせた電池電流とは逆向きの電池電流を流すことによって緩和される。すなわち、第１期間において生じた分極は第２期間において緩和される。また、分極が緩和されることによって電池抵抗が低下する。

線Ｌ１２及びＬ１３で示されるように、この実施の形態では、第２期間（ｔ１２〜ｔ１３）における電池電流値（たとえば、第２期間において一定の電流値）を第１期間（ｔ１１〜ｔ１２）における電池電流値（たとえば、第１期間において一定の電流値）よりも小さくしている。こうすることで、第２期間において電池抵抗を低下させるために流す電気量（充電量）を低減しやすくなる。

線Ｌ３０で示されるように、第２期間においてはバッテリ１００の電池抵抗が低下する。そして、タイミングｔ１３でバッテリ１００の抵抗上昇量（すなわち、充電開始時点からの電池抵抗の上昇量）が閾値ΔＲ２を下回ると（図５のＳ２３にてＹＥＳ）、線Ｌ１４及びＬ２０で示されるように、第２の充電／放電切替え（すなわち、放電から充電への切替え）が行なわれ（図４のＳ１２）、中断した外部充電が再開される。

この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、バッテリ１００（ひいては、二次電池）のＳＯＣが所定値以上になる（すなわち、図４のＳ１３でＹＥＳと判断される）まで、第１の充電／放電切替え（図５のＳ２１）と第２の充電／放電切替え（図４のＳ１２）とを交互に繰り返し行なうように構成される。第１の充電／放電切替え及び第２の充電／放電切替えが繰り返し行なわれるにつれてバッテリ１００のＳＯＣは高くなっていく。こうした制御により、電池抵抗の上昇を、閾値ΔＲ１（第１水準）と同程度の電池抵抗までに抑えることが可能になる（図６中の線Ｌ３０参照）。

以上説明したように、この実施の形態に係るＥＣＵ３００によれば、バッテリ１００（ひいては、二次電池）の充電中における電池抵抗の上昇（ひいては、それに伴う発熱量の上昇）を抑制することが可能になる。また、バッテリ１００の発熱が抑制されることで、入力制限の頻度が少なくなる。

［実施の形態２］
本開示の実施の形態２に係る電池制御装置について説明する。実施の形態２は実施の形態１と共通する部分が多いため、主に相違点について説明し、共通する部分についての説明は割愛する。

実施の形態２に係る電池制御装置を含む車両１は、基本的には、実施の形態１に係る車両１に準ずる構成（図１参照）を有する。ただし、実施の形態２に係る車両１では、ＥＣＵ３００が、図４及び図５の処理に代えて又は加えて、図７及び図８の処理を行なうように構成される。以下、図７及び図８を用いて、実施の形態２においてＥＣＵ３００が行なう充放電制御について詳述する。

図７は、実施の形態２に係るＥＣＵ３００により実行されるＥＶ走行中の放電制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、車両１の走行モードがＨＶモードからＥＶモードに切り替わるたびに実行される。ＥＶモードでの走行（以下、「ＥＶ走行」とも称する）では、バッテリ１００の電力を用いて電動機（たとえば、ＭＧ１２）が駆動されることによって車両１が走行する。このため、ＥＶ走行中は、ＳＭＲ５０がＯＮ状態（接続状態）にされ、バッテリ１００からＰＣＵ４０への放電が継続的に行なわれる。

図７を参照して、Ｓ３１では、ＥＣＵ３００が、放電開始時の電池抵抗値（以下、「放電開始抵抗値」とも称する）を示す指標Ｘ２０を取得する。この実施の形態では、指標Ｘ２０として、電池抵抗値（より特定的には、放電開始抵抗値）そのものを採用する。ＥＣＵ３００は、前述の方法（図４のＳ１１参照）で電池抵抗値を取得することができる。詳細は後述するが、指標Ｘ２０としては電池抵抗値以外の指標も採用可能である。

Ｓ３２では、ＥＶ走行が終了したか否かが、ＥＣＵ３００によって判断される。ＥＶ走行が終了している場合（Ｓ３２にてＹＥＳ）には、図７の一連の処理は終了する。他方、ＥＶ走行が続いている場合（Ｓ３２にてＮＯ）には、処理がＳ３３へ進む。

ＥＣＵ３００は、Ｓ３３において、抵抗上昇量（すなわち、放電開始時点からの電池抵抗の上昇量）を示す指標Ｘ２１を取得する。この実施の形態では、指標Ｘ２１として、抵抗上昇量そのものを採用する。ＥＣＵ３００は、たとえば、前述の方法（図４のＳ１１参照）で現在抵抗値（現在の電池抵抗値）を取得し、この現在抵抗値から放電開始抵抗値（Ｓ３１）を減算することによって、抵抗上昇量を取得することができる。指標Ｘ２１は「抵抗上昇指標」の一例に相当する。詳細は後述するが、指標Ｘ２１としては抵抗上昇量以外の指標も採用可能である。

Ｓ３３の処理後、ＥＣＵ３００は、Ｓ３４において、指標Ｘ２１によって示される抵抗上昇量が閾値ΔＲ３を超えているか否かを判断する。閾値ΔＲ３は、第１水準を示す閾値である。閾値ΔＲ３は、たとえば、放電開始抵抗値の５０％に設定される。すなわち、現在抵抗値が放電開始抵抗値の１．５倍を超えると、Ｓ３４においてＹＥＳと判断される。

上記抵抗上昇量が第１水準（閾値ΔＲ３）を超えていない場合（Ｓ３４にてＮＯ）には、処理がＳ３２に戻る。Ｓ３２及びＳ３４の両方でＮＯと判断されている期間は、Ｓ３２〜Ｓ３４の処理が繰り返される。この期間は「第１期間」の一例に相当する。そして、上記抵抗上昇量が第１水準（閾値ΔＲ３）を超えると（Ｓ３４にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ３５においてＥＶ走行を中断した後、Ｓ４０において分極解消のための充電制御を実行する。図８は、図７に示した放電制御において実行される分極解消のための充電制御の処理手順を示すフローチャートである。

図８を参照して、Ｓ４１では、ＥＣＵ３００が、エンジン発電を行ない、発電された電力によってバッテリ１００を充電する。Ｓ４１の処理により、放電から充電への切替えが行なわれる。この処理は、本開示に係る「第１の充電／放電切替え」の一例に相当する。続けて、ＥＣＵ３００は、Ｓ４２において、Ｓ３３と同様にして指標Ｘ２１を取得する。続けて、ＥＣＵ３００は、Ｓ４３において、指標Ｘ２１によって示される抵抗上昇量が閾値ΔＲ４を下回ったか否かを判断する。閾値ΔＲ４は、第２水準を示す閾値である。閾値ΔＲ４は、閾値ΔＲ３よりも小さい。閾値ΔＲ４は、たとえば、放電開始抵抗値の１０％に設定される。すなわち、現在抵抗値が放電開始抵抗値の１．１倍を下回ると、Ｓ４３においてＹＥＳと判断される。

上記抵抗上昇量が第２水準（閾値ΔＲ４）を下回っていない場合（Ｓ４３にてＮＯ）には、処理がＳ４１に戻り、エンジン発電によるバッテリ１００の充電が続行される。Ｓ４３でＮＯと判断されている期間は、Ｓ４１〜Ｓ４３の処理が繰り返される。この期間は「第２期間」の一例に相当する。そして、上記抵抗上昇量が第２水準（閾値ΔＲ４）を下回ると（Ｓ４３にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００がＳ４４においてＥＶ走行（ひいては、バッテリ１００の放電）を再開した後、処理が図７のＳ３１に戻る。Ｓ４４の処理により、充電から放電への切替えが行なわれる。この処理は、本開示に係る「第２の充電／放電切替え」の一例に相当する。

上記のように、この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、バッテリ１００（ひいては、二次電池）の放電中に、指標Ｘ２１を取得し（図７のＳ３３）、指標Ｘ２１によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準（閾値ΔＲ３）を超えたとき（図７のＳ３４にてＹＥＳ）には、第１の充電／放電切替えを行ない（図８のＳ４１）、第１の充電／放電切替え後に、指標Ｘ２１を取得し（図８のＳ４２）、指標Ｘ２１によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準よりも小さい第２水準（閾値ΔＲ４）を下回ったとき（図８のＳ４３にてＹＥＳ）には、第２の充電／放電切替えを行なう（図８のＳ４４）。

この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、放電要求がなくなる（すなわち、図７のＳ３２でＹＥＳと判断される）まで、第１の充電／放電切替え（図８のＳ４１）と第２の充電／放電切替え（図８のＳ４４）とを交互に繰り返し行なうように構成される。こうした制御によれば、電池抵抗の上昇を、第１水準と同程度の電池抵抗までに抑えることが可能になる。

以上説明したように、この実施の形態に係るＥＣＵ３００によれば、バッテリ１００（ひいては、二次電池）の放電中における電池抵抗の上昇（ひいては、それに伴う発熱量の上昇）を抑制することが可能になる。また、バッテリ１００の発熱が抑制されることで、ＥＶ走行におけるエネルギー効率が向上する。

［他の実施の形態］
電池抵抗値の代わりに、電池抵抗に相関するパラメータ（たとえば、電解質の濃度むら、活物質の濃度むら、又は電池温度）を、指標Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ２０，Ｘ２１として用いてもよい。たとえば、電池電流に応じて電池温度の閾値を設定し、図４のＳ１４、図７のＳ３３において電池温度が閾値よりも高くなったことが検出されたときに、図４のＳ１５、図７のＳ３４において抵抗上昇量が第１水準を超えた（ＹＥＳ）と判断されるようにしてもよい。電池抵抗に相関するパラメータと電池抵抗との関係を示す情報を、予め記憶装置３０２に記憶しておいてもよい。

図４のＳ１４、図７のＳ３３で取得される指標Ｘ１１、Ｘ２１と、図５のＳ２２、図７のＳ４２で取得される指標Ｘ１１、Ｘ２１とは、異なる指標であってもよい。図４のＳ１４、図７のＳ３３でそれぞれ取得される指標Ｘ１１、Ｘ２１は、抵抗上昇量が第１水準を超えたときに起こる所定の第１現象の有無であってもよい。図４のＳ１４、図７のＳ３３で第１現象が起こったことが検出された場合に、図４のＳ１５、図７のＳ３４においてＹＥＳと判断されるようにしてもよい。図５のＳ２２、図７のＳ４２でそれぞれ取得される指標Ｘ１１、Ｘ２１は、抵抗上昇量が第２水準を下回ったときに起こる所定の第２現象の有無であってもよい。図５のＳ２２、図７のＳ４２で第２現象が起こったことが検出された場合に、図４のＳ２３、図７のＳ４３においてＹＥＳと判断されるようにしてもよい。第１現象及び第２現象は、バッテリ１００の電力によって駆動される装置（たとえば、モータ）の動作の変化であってもよい。

電池制御装置が適用される車両１の構成は適宜変更可能である。また、バッテリ１００の構成も適宜変更可能である。たとえば、バッテリ１００に含まれる二次電池の種類はリチウムイオン二次電池に限られず、他の二次電池（たとえば、ニッケル水素二次電池）であってもよい。

上記各実施の形態では、電池制御装置（ＥＣＵ３００）が車両１に搭載されている。しかしこれに限られず、電池制御装置は、たとえばスマートフォン、電子キー、又はウェアラブルデバイスのような携帯機器に搭載されてもよい。

さらに、電池制御装置が適用される対象は、車両に限られず任意である。電池制御装置の適用対象は、たとえば、他の乗り物（船、飛行機等）であってもよいし、無人の移動体（無人搬送車（ＡＧＶ）、農業機械、ドローン等）であってもよいし、建物（住宅、工場等）であってもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 充電システム、１１，１２ ＭＧ、２０ エンジン、３０ 駆動輪、３１ 動力分割装置、３２ 駆動軸、４０ ＰＣＵ、６０ 充電リレー、７０ 充電ユニット、８０ インレット、１００ バッテリ、１０１ 監視ユニット、１１０ 放電リレー、１２０ 電気負荷、３０１ 演算装置、３０２ 記憶装置、５００ 充電スタンド、５０１ 電源、５１０ 充電ケーブル、５２０ コネクタ。

Claims (1)

1. 二次電池の充電中又は放電中に、その充電又は放電の開始時点からの電池抵抗の上昇量を示す指標を取得し、その指標によって示される電池抵抗の上昇量が第１水準を超えたときには、第１の充電／放電切替えを行ない、前記第１の充電／放電切替え後に、前記指標を取得し、その指標によって示される電池抵抗の上昇量が前記第１水準よりも小さい第２水準を下回ったときには、第２の充電／放電切替えを行なうように構成される、二次電池の充放電制御装置。

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